摘要：随着大量分布式新能源发电越来越多的接入电力系统，其对电力系统的稳定性、电能质量的影响受到广泛关注。分布式新能源发电中大部分电源如光伏、燃料电池等，发电出口均为直流电压。分布式发电集电直流汇集系统由分布式电源、负载和并网接口电路等部分通过各自的变流装置与直流母线相并联。根据变流器的并联特性可知，各并联模块对外表现为电压源特性时，由于配电线缆上存在阻抗压降，各节点电压存在差异，很有可能导致各并联电压源之间产生环流，为了控制母线电压的稳定和避免环流的产生，需要对并联在直流母线上的等效电压源变换电路进行均流控制。本文主要针对直流汇集系统直流母线电压稳定控制策略进行阐述，仅供参考。
关键词：直流汇集系统；直流；母线；电压；稳定控制策略
1电压源并联等效电路
图1为各并联电压源的等效示意图。V1和V2表示并联电压源幅值，Z1和Z2表示线路阻抗，i1和i2分别表示流过模块1与模块2的电流，Vdc表示模块连接处的母线电压。
2直流母线电压稳定控制策略研究
储能单元并联稳压控制是指通过系统内储能单元稳定直流母线电压，该情况下分布式新能源在并网模式下仍工作在MPPT状态，离网模式下则根据储能、负荷状况而定。并网变流器在并网状态下采取PQ恒功率控制，离网状态下不工作。根据储能单元的并联方式又可细分为主从控制法和下垂控制法。
1）主从控制，将一个储能单元作为主单元采用恒压控制，其余储能单元作为从单元采用恒流控制。储能单元恒压、恒流控制的相关图中U*dc_M、Udc分别为直流母线电压给定值与实际检测值，I*dc_M、Idc_M分别为主储能单元电流环给定值与实际检测值，I*dc_si、Idc_si分别为第i个从储能单元恒流控制给定值与实际检测值。采用主从控制可以根据所有储能单元总输出电流对各从储能单元输出进行调节，控制精度高，且各储能单元不会出现环流，但采用该控制策略则系统无法采用冗余控制，若主储能单元发生故障则整个系统无法正常工作。
2）下垂控制，各储能单元均做恒压控制，相关图中Udc_refi为第i个储能单元经下垂控制器校正后的输出电压的给定，Idci为第i个储能单元电流。采用下垂控制由于直流电压给定值需经下垂控制器校正，会使直流母线电压有一定偏差。当下垂控制系数较小时直流母线电压偏差较小但是调节速度较慢，动态性能较差，当下垂控制系数较大时调节速度快，系统动态性能好，但是直流母线电压偏差较大，特别是当功率流动较大时电压会更为明显。并且一旦下垂控制系数确定后各储能单元充放电功率比例即确定，无法再次进行调节，但是该控制方法不需要通信线的连接，简化了系统结构，易实现冗余控制，扩容简单方便，实用效果好。
综合考虑以上各直流母线控制策略的优缺点，本文采用变系数下垂控制控制策略以恒定母线电压。该控制策略控制框图与传统下垂控制相同，但是在传统下垂控制的基础之上根据母线电压偏差以及储能系统自身容量不断进行下垂控制曲线的调节，当母线电压偏差较小，即系统内功率流动较小时增大下垂系数提高系统动态性能，当母线电压偏差较大即系统内功率流动较大时减小下垂控制系数，以减小母线电压偏差。同时通过对各储能单元下垂控制系数的调节可进一步控制其充放电功率大小，以提高各储能单元的利用率，使整个系统能够长期安全稳定的运行。
3变系数下垂控制策略分析
下垂控制是通过控制调节各个分布式电源自身的等效输出阻抗进行输出功率的调节。
假设DG1、DG2为直流汇集系统内两储能单元，输出电压与输出电流关系分别如下公式所示。
式中Udc_ref1、Udc_ref2分别为DG1、DG2输出电压；U*dc为给定电压；k1、k2分别为DG1、DG2下垂系数；Idc1、Idc2分别为DG1、DG2输出电流。当k1=k2时，假设DG1运行在功率点P1处时DG2投入使用，则DG1回路电流降低输出电压给定增大，DG2输出电流增大输出电压给定降低，当二者运行至P3点时系统保持稳定DG1、DG2输出电压给定相同，电流相同。
当k1≠k2时，假设DG1运行于P1点时DG2投入运行，DG1沿曲线M1运行，电流减小输出电压给定增大。DG2沿曲线M2运行，电流增大输出电压降低。当两台DG1、DG2输出电压给定相同后系统稳定，其各自电流大小与斜率成反比。
由上述公式可知，稳态时并联的储能单元输出电压给定相同，可以得到：k1Idc1=k2Idc2，即：k1P1=k2P2，其中P1、P2分别为两种类型储能单元的输出功率。对于多系统并联来说则有：k1P1=k2P2=Λ=knPn，n≥2，由公式可见，通过调节下垂控制系数可调节直流母线侧各个分布式储能的输出功率。
直流母线电压的高低是功率波动以及潮流流向的直接反应，因而可以根据母线电压的高低对接入其中的各储能单元的下垂系数进行调整以稳定直流母线电压。为了方便下垂控制将直流母线电压分为七个区域，相关图中Udc为直流母线电压，V1＜Udc＜V0为正常工作区，V2＜Udc＜V1为母线电压偏低1区，V3＜Udc＜V2为母线电压偏低2区，Udc≤V3为欠压故障区，V0＜Udc≤V4为母线电压偏高1区，V4＜Udc≤V5为母线电压偏高2区，Udc＞V5为过压故障区。
正常工作区：该阶段直流母线电压在正常范围内波动，此时分布式新能源发电量与可控负荷消耗电量基本平衡。各储能单元下垂控制系数为初始值；
母线电压偏低1区：该阶段直流母线电压偏低，此时分布式新能源发电量略小于负荷消耗量。需根据直流母线电压降低幅度以及各储能单元自身剩余容量减小下垂系数，提高直流母线电压。
母线电压偏低2区：该阶段直流母线电压偏低幅度较大，调节方法与母线电压偏低1区相似，继续减小储能单元下垂系数，具体调节方法与母线电压偏低1区类似，但是下垂系数变化量加权值为δL2，且满足δL2＞δL1。
母线电压偏高1区：阶段直流母线电压偏高，此时分布式新能源发电量略高于负荷消耗量。需根据直流母线电压升高幅度以及各储能单元自身剩余容量调整下垂系数，降低直流母线电压。
母线电压偏低2区：该阶段直流母线电压偏高幅度较大，调节方法与母线电压偏高1区相似，继续提高储能单元下垂系数，具体调节方法与母线电压偏高1区类似，但是下垂系数变化量加权值为δH2，且满足δH2＞δH1。
欠压故障区、过压故障区：该阶段直流母线电压过低，向协调控制器发送欠压故障、过压故障信号。
结语
综上所述，本文在对常用直流母线电压控制策略特性深入研究的基础上，提出了变系数下垂控制策略，该控制策略将下垂曲线斜率作为直流母线电压偏差值以及储能单元自身容量的函数，解决了传统下垂控制中储能单元充放电功率比例无法进行在线调节的问题，并且在功率流动较大时仍能够将直流母线偏差控制在一个较小的范围内。解决了传统下垂控制中储能单元充放电功率比例无法进行在线调节的问题。
参考文献：
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[2]杜燕，苏建徽，张榴晨，等．改进负荷分配的孤岛微网下垂控制方法［J］．电力系统自动化，2015，（15)：24－29．
论文作者:夏子军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
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