摘要：随着人类对能源需求的不断增加，太阳能和风能作为清洁无污染、储存丰富的新能源，得到国际社会和专家的广泛关注，但由于分布式电源(如风能和太阳能)受外界环境影响较大，风速、温度和光照的变化都会影响分布式电源的输出特性。随着风能和太阳能系统规模变得越来越复杂，外界环境的变化对分布式电源输出功率稳定性也越来越高，此时仅靠分布式电源不能维持系统安全运行。鉴于此，本文对分布式直流微电网分级控制技术进行分析，以供参考。
关键词：分布式；直流微电网；分级控制；技术
引言
通过对分布式直流微电网分级控制技术的分析与研究，不仅实现了对基本的微电流网局限性的改善，而且也为控制技术的不断改进提供了借鉴。此外，对不同的分级控制技术的研究，还需要结合实际的影响因素。
1分布式直流微电网分级控制方案分析
据有关调查显示，我国大多数现存的微小型发配电系统中微电网技术的使用率是较高的，而对其进行有效地分析，则体现了对微电网技术的实际应用和技术发展的重视。展开对分布式直流微电网分级控制的研究，需要从控制方案入手，结合实际的控制技术，实现分析和改进。
在对分布式直流微电网分级控制技术进行研究之前，首先需要对其内容和技术控制过程等进行大致的了解和分析。一般分布式直流微电网分级控制技术主要包括3种技术手段和1个通信系统应用。其中，3种技术手段指的是主级控制技术、次级控制技术以及第三级控制技术。1个通信系统应用则根据通信控制和存在方式的不同而分为分散式、集中式以及分布式。在实践中，对分布式直流微电网分级控制技术进行分析，需要在充分掌握微电网技术应用方案的基础上展开技术研究和技术创新，从而达到事半功倍的效果。
2直流微电网拓扑
直流微电网模型如图1所示，由并网VSC、光伏发电单元、储能单元以及负载构成。本文的研究中，直流微电网具有以下特点：1)并网VSC交流侧三相对称，为系统主电源，控制直流母线电压；2)光伏发电单元工作在MPPT模式，在暂态时间尺度内，可以等效为功率为负的恒功率负载；3)储能单元恒流充放电，充电时可等效为恒电流负载(CCL)；4)直流负载包含恒阻抗负载和恒功率负载(CPL)；5)由于线路较短，忽略线路阻抗。基于上述分析，图1所示的系统可以简化为由并网VSC，直流侧电容，恒电流负载，恒功率负载以及恒阻抗负载组成的简化模型，如图2所示。
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3次级控制技术
首先，在分散式控制上主要是改变下垂控制的性能带来的限制，在达到主要控制线路传输效果的基础上完成直流微电网的传输工作。分散式控制方法的应用使得整体的分布式直流微电网在负载分配上更加均衡和具有关联性，也使得输出电压可以控制在合理范围内，并有效改善电压偏差大的情况，最终优化系统的性能。
最后，对分布式控制的研究则是通过将分散式控制与集中式控制相结合的方法，在保障合理通信的基础上，实现对控制技术的性能改善。分布式主要的优点如图3所示。
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图3次级控制技术中分布式控制优点分析
4第三级控制
为了确保经济运行，与直流微电网并联的不同类型的电源或变频器通常需要三级能源管理系统调度员接受。基于下垂的三级能源管理系统可以协调控制各种分布式电源或变流器，通过调整直流微电网单元下垂控制曲线中的电压参考值或增益下降，确保直流微电网的总体最佳运行。此外，正在逐步注意微小电流问题，即在混合电网中同时使用能源的优化问题。第三级管理结构基本上是分布式的，需要与二级协调管理系统相结合，因此，第三级管理流程也是计算协同控制的迭代过程。经过三级控制，微电网系统的成本效益有所提高，但通信安全系数仍有待优化。
5分级控制通信系统
在传统的分布式序列协调控制设置中，微电网通信假定它处于理想状态，即不考虑通道带宽、通信延迟、通信噪音等问题。然而，在实际情况下，通信带宽有限，通信量必须减少到最低限度。通信流量超载会导致通信长期延迟，增加数据包丢失的可能性，进而降低系统的稳定性和可靠性。因此，为直流微电网设计的分布式协调控制方案不仅应保证预期的控制性能，而且应尽可能减少通信流量。通信流量减少方法主要分为两类:①减少通信信息量，基于一致性算法的通用分布式协调控制方法，必须获得相邻单元的电压、电流以及相应的变化系数，作为控制算法的输入变量。获取多个信息，虽然有助于更准确地控制算法，但增加了通信流量过载的可能性；提议的Ingle和其他包含质量指数的新检测方法也只要求传输电流信息。降低通信信息更新频率，传统的固定采样周期时间动作控制方案已经广泛应用，但对于系统稳定或在一小时内波动的有限通信带宽，定期监控产生的过度不必要的数据传输会降低通信效率。为了解决上述问题，研究人员提出了与非关键周期交换数据的通信战略，这是一种事件触发机制，可以减少通信流量，同时确保需求的生产力。事件触发器控制的基本原则是，当状态测量误差超过指定阈值时，系统会更新控制。近年来对事件发生情况的监测也逐渐引起微电网科学家的注意。
6探讨与展望
6.1改进下垂控制的分级控制方法对比
(1)分散控制方法，不需要任何联系、简单控制、灵活运行，改善了传统下降控制的缺陷，但由于模块之间缺乏信息，无法进一步提高系统的总体性能。(2)分布式管理方法在结构上与分散式管理方法相似，但它涉及数字通信，可以履行与集中管理方法相似的功能。分布式控制通常采用一致性算法，通过稀疏通信可以很好地改善传统下垂控制的缺陷，不存在单点故障，并且通信压力大大降低。
6.2直流微电网分级控制的展望
(1)优化控制算法:为了使直流微电网在系统拓扑改变、局部故障和外部干扰的情况下仍能高效、快速、稳定地运行，需要从网络通信权重和拓扑权重角度进一步优化一致性控制算法；此外，由于传统的一致性算法是逐渐收敛的，不能满足实际应用中的短期响应要求，因此，在一定时间内实现一致性收敛的算法具有更大的研究前景和工程意义。(2)系统性能分析:直流微电网协调控制项目包括电力系统和通信系统，由于它们之间存在动态互动，因此如何对整个系统进行稳定性能分析，从而提高二、三级控制的可靠性、灵活性，是未来直流微电网能源管理和运行控制的重要课题。(3)减少通信流量。随着科学技术的发展，直流分布式微电网集群需要依靠通信网络进行协调控制，从而使通信信息过多，导致通信量过重。同时，在通信能力有限的基础上，设计了一套协调一致的控制方案，以减少系统通信量，同时满足性能要求，从而减少更新信息的频率和发送的信息数量。结束语
随着全球范围内的能源、环境问题的日益加剧，微电网受到了各国学者的广泛关注。由分布式电源（DG）、储能、负荷、变流器、监控和保护装置有机整合的微电网，实现了DG的灵活控制。由于DG的输出功率具有间歇性、随机性的特征，其安全性、可靠性较弱，因此需配置分布式储能系统（DESS）以保障微电网的功率平衡。
参考文献：
[1]卞显新,赵洋.下垂控制技术在直流微电网中的应用研究[J].科技视界,2018(26):41-42.
[2]赵晋斌,蒋伟明,孟伟,屈克庆,李芬.直流微电网中混合储能系统的动态均流控制策略[J].供用电,2018,35(09):16-21.
[3]张宋杰,秦文萍,任春光,韩肖清.双极性直流微电网混合储能系统协调控制策略[J].高电压技术,2018,44(08):2761-2768.
[4]李晓晓,王晓兰,魏腾飞.一致性控制的交直流微源混联直流微电网阻抗模型及小信号稳定性分析[J].高电压技术,2019,45(09):2876-2883.
[5]殷欢,徐成斌,裘愉涛,张广嘉,俞伟国,耿烺.直流微电网多模态协调控制策略研究[J].浙江电力,2018,37(08):1-6.
论文作者:贾兴旺
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
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