直流配電網(wǎng)運行控制策略分析及展望

李斌, 劉海金, 孔祥平,高磊,張偉鑫, 關(guān)天一

(1. 智能電網(wǎng)教育部重點實驗室(天津大學(xué))，天津市 300072；2. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，南京市210000)

0 引 言

電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和負(fù)荷類型方面發(fā)生了顯著變革。新能源發(fā)電和儲能系統(tǒng)在配電系統(tǒng)并網(wǎng)的社會需求及其“即插即用”的技術(shù)需求與日俱增[1]；分布式電源并網(wǎng)使傳統(tǒng)單向集中式供電的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)向多源多向、分布式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[2]；恒功率負(fù)荷和直流負(fù)荷占比增大，負(fù)荷側(cè)對電能質(zhì)量、供電可靠性以及供電多樣化要求越來越高[3]。在此背景下，直流配電網(wǎng)以其線路走廊窄、運行靈活度高、網(wǎng)絡(luò)損耗小等優(yōu)點得到行業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。

美國伯克利國家實驗室、CIGRE、IEC等機構(gòu)先后證明了直流配電網(wǎng)在實現(xiàn)新能源消納、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、減少系統(tǒng)投資等方面的優(yōu)勢。直流配電線路不存在無功損耗和集膚效應(yīng)，具有輸配電損耗低、距離遠(yuǎn)、功率大等優(yōu)點[4]。同時，采用直流配電可減少電力電子并網(wǎng)設(shè)備的變流環(huán)節(jié)，減少投資和損耗、降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度和控制難度，有利于分布式電源和柔性負(fù)荷的廣泛接入[5]。

此外，由于不存在頻率偏差、三相不平衡、無功功率補償?shù)葐栴}，直流配電網(wǎng)可以充分利用分布式電源、柔性直流負(fù)荷的可測可控性和需求側(cè)的能動性，有效提高電能質(zhì)量、增加供電可靠性[6]。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，交-直與直-交變流技術(shù)、直流變壓技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)等得以實現(xiàn)，逐漸打破了直流配電系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的壁壘[7-8]。

從控制目標(biāo)上來看，直流配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的優(yōu)劣只與電壓水平和紋波系數(shù)有關(guān)，降低了控制難度。從系統(tǒng)構(gòu)成上來看，直流配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和線路組合更為多樣化，電力電子設(shè)備取代了傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中同步發(fā)電機、變壓器、調(diào)相機等設(shè)備，控制更加靈活。然而，電力電子設(shè)備分隔了直流配電網(wǎng)與大電網(wǎng)的直接聯(lián)系，由于缺乏同步機的慣性支撐，系統(tǒng)穩(wěn)定控制難度增加；恒功率負(fù)荷以及弱交流系統(tǒng)的接入為系統(tǒng)控制引入新的不穩(wěn)定因素；系統(tǒng)的非線性和時變特征加大了參數(shù)整定的難度。

從上述問題出發(fā)，本文將對國內(nèi)外直流配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，分析直流配電網(wǎng)運行控制的典型特征；在此基礎(chǔ)上，對直流配電網(wǎng)運行控制所面臨的問題進(jìn)行分析，有針對性地討論直流配電網(wǎng)典型控制方法原理、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用場景及研究方向；最后，對直流配電網(wǎng)運行控制和直流配電網(wǎng)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 直流配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了更好地在負(fù)荷側(cè)消納分布式能源，日本大阪大學(xué)、美國弗吉尼亞理工大學(xué)CPES中心、北卡羅來納大學(xué)、羅馬尼亞的布加勒斯特理工大學(xué)、德國亞琛大學(xué)等先后提出了一系列針對低壓直流系統(tǒng)的配電網(wǎng)和微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)[9-13]。從各國提出的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以看出，網(wǎng)絡(luò)分層、多電壓等級、兩端供電、交替電源供電等先進(jìn)結(jié)構(gòu)與技術(shù)均可以推廣到直流配電網(wǎng)中。

從供配電需求和網(wǎng)絡(luò)特征出發(fā)，圖1給出了交直流混合配電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)。其中，直流配電網(wǎng)在架構(gòu)層次上與常規(guī)交流配電網(wǎng)相似，分為高壓交/直流配電系統(tǒng)、中壓直流配電系統(tǒng)、低壓直流配電系統(tǒng)，各級網(wǎng)絡(luò)面向不同電壓等級用戶，功能不盡相同。

圖1 直流配電網(wǎng)典型拓?fù)銯ig.1 Typical topology of DC distribution network

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，中高壓直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要有輻射狀結(jié)構(gòu)、兩端供電型結(jié)構(gòu)、環(huán)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)等[2, 6]。高壓配電系統(tǒng)為交流時，中壓直流配電網(wǎng)與高壓直流配電網(wǎng)之間采用變流器連接，通過工頻變壓器進(jìn)行電壓變換；高壓配電系統(tǒng)為直流時，可采用帶有高頻隔離的直流變壓器連接。低壓直流配網(wǎng)與中壓直流配網(wǎng)之間通常采用直流變壓器連接。為了降低投資和損耗，低壓直流配電網(wǎng)一般采用輻射型結(jié)構(gòu)。各級配電網(wǎng)母線之間可通過圖1所示高頻隔離開關(guān)進(jìn)行連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的相互支撐。對于某些對可靠性要求苛刻的低壓直流配電場景，可采用必要的冗余結(jié)構(gòu)配置。

根據(jù)上述典型的分層架構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，依賴直流系統(tǒng)電力電子設(shè)備的高度可控性，直流配電網(wǎng)具有以下突出優(yōu)點：

(1)沒有頻率和相角的約束，直流配電網(wǎng)更易實現(xiàn)不同母線、不同電壓等級之間的互聯(lián)與分層，在結(jié)構(gòu)上打破傳統(tǒng)集中式供電模式，提高了供電的可靠性與多樣化；

(2)直流配電網(wǎng)可根據(jù)需求采用兩線制配電，也可以通過電壓平衡器連接，采用三線制結(jié)構(gòu)，利用多電壓等級DC/DC變換器可實現(xiàn)不同等級配電和新能源接入，線路結(jié)構(gòu)和電壓水平可根據(jù)用戶需求靈活配置；

(3)直流配電網(wǎng)在傳統(tǒng)集中式配電結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入了分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定方面更加依賴區(qū)域自治，分層協(xié)調(diào)。

2 直流配電網(wǎng)典型特征

2.1 直流配電網(wǎng)慣性較低

對于交流系統(tǒng)，在不考慮同步機阻尼的情況下，同步發(fā)電機的功角特性可表示為[14]

(1)

式中：H為同步機的慣性時間常數(shù)；Δω為系統(tǒng)功率變化引起的同步機轉(zhuǎn)速變化值；ΔPm、ΔPe分別為同步電機輸入功率和電磁功率的變化值；ΔPL為負(fù)荷功率波動值；D表示負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)，一般電力系統(tǒng)中D=1～3，表示頻率變化1%時，負(fù)荷功率相應(yīng)變化1%～3%[15]。

從式(1)可以看出，交流電網(wǎng)發(fā)生功率波動時，由于電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩的不平衡，同步機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，最終體現(xiàn)為電網(wǎng)頻率的變化，其本質(zhì)是功率的波動引起同步機轉(zhuǎn)子儲存動能的變化。但對于交流配電網(wǎng)而言，集中式供電模式下的負(fù)荷功率波動相對系統(tǒng)總體負(fù)荷來說較小，故其標(biāo)幺值ΔPL較?。涣硪环矫?，由于具有大慣性同步機組的共同作用，H相對較大。加上配電系統(tǒng)中頻率敏感負(fù)荷對頻率變化的阻尼作用，正常工作狀態(tài)下，交流配電系統(tǒng)中發(fā)生功率波動時不易引起系統(tǒng)頻率大幅偏移，即交流配電系統(tǒng)具有較大慣性支撐。

然而，對于直流配電網(wǎng)，系統(tǒng)功率波動在直流側(cè)直接體現(xiàn)為直流系統(tǒng)電壓的變化。由于電力電子變流器分割了直流配電網(wǎng)與電源之間的直接聯(lián)系，直流配電網(wǎng)電壓波動本質(zhì)為配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)等效電容儲存電能的變化，如式(2)所示：

(2)

式中：C為直流配電網(wǎng)的等效電容值；udc為變流器直流側(cè)電壓；PN為直流配電網(wǎng)功率基準(zhǔn)值；ΔPin和ΔPout分別為變流器的輸入功率和輸出功率；ΔPLdc為直流配電網(wǎng)負(fù)荷波動量；Ddc為電壓敏感性負(fù)荷的調(diào)節(jié)系數(shù)；Δudc為變流器直流側(cè)電壓變化量。

比較式(1)與式(2)可以看出，直流配電網(wǎng)慣性直接體現(xiàn)為等效電容的儲存電能，其值相對較小。系統(tǒng)功率波動僅由該供電區(qū)域內(nèi)變流器和等效電容參與調(diào)節(jié)，因此直流配電網(wǎng)是低慣性系統(tǒng)。而系統(tǒng)功率波動相對于區(qū)域負(fù)荷比例較大。因此，直流配電網(wǎng)中發(fā)生功率變化時容易引起較大的電壓波動。為了提高分布式能源的利用率，分布式電源一般均以最大功率輸出，其波動性和隨機性為系統(tǒng)增加了不穩(wěn)定因素。而系統(tǒng)中電力電子負(fù)荷的增多，導(dǎo)致系統(tǒng)中恒功率負(fù)荷比例增大，電壓敏感性負(fù)荷的比例減小，增大了功率波動時直流配電網(wǎng)電壓波動。

2.2 恒功率負(fù)荷增多

為了提高負(fù)荷的供電穩(wěn)定性，目前電子設(shè)備、家用電器、驅(qū)動電機等負(fù)荷均通過電力電子變流器接入配電系統(tǒng)。電力電子變流器可以根據(jù)負(fù)荷的電能需求提供穩(wěn)定的功率。由于這類負(fù)荷功率不受系統(tǒng)電壓波動的影響，因此可以看作恒功率負(fù)荷(constant power load, CPL)[3]。

圖2(a)給出了恒功率負(fù)荷u-i特征曲線和電源u-i特征曲線，二者的交點為負(fù)荷工作點。對負(fù)荷曲線工作點A進(jìn)行電壓對電流求導(dǎo)，可得恒功率負(fù)荷的動態(tài)阻抗為[16]

(3)

式中：P表示恒功率負(fù)荷的功率；R表示該工作點的電阻?？梢钥闯?，雖然工作點的電阻為正，但是恒功率負(fù)荷對電壓電流變化的阻尼效果卻體現(xiàn)為負(fù)值，這將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性[17]。

對圖2(a)中負(fù)荷工作點建立小信號模型，并將(3)式代入可得[3,18]

(4)

由式(4)可以看出恒功率負(fù)荷的小信號模型可以等效為一個負(fù)阻抗和一個電流源并聯(lián)。將接有恒功率負(fù)荷的直流配電網(wǎng)進(jìn)行等效簡化，如圖2(b)所示。圖中RL表示系統(tǒng)中恒阻抗負(fù)荷的等效電阻；C表示系統(tǒng)等效電容；Rs和Ls分別表示系統(tǒng)電源等效電阻和等效電抗；RP和IP表示恒功率負(fù)荷的等效阻抗和等效電流源。對系統(tǒng)建立小信號模型，可得負(fù)荷側(cè)電壓與電源電壓之間的傳遞關(guān)系為[19]

(5)

因此，若系統(tǒng)穩(wěn)定則需滿足以下條件

(6)

由式(6)可以看出，系統(tǒng)中恒功率負(fù)荷P的增加會減小系統(tǒng)阻尼和穩(wěn)定裕度，當(dāng)恒功率負(fù)荷比例超過一定值時，系統(tǒng)不再穩(wěn)定。

圖2 恒功率負(fù)荷對直流配電網(wǎng)穩(wěn)定性影響Fig.2 Effect of CPL on the stability of DC system

2.3 交流側(cè)可能呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特征

基于全控型器件的柔性換流設(shè)備可以實現(xiàn)有功無功解耦控制和向無源或弱電源網(wǎng)絡(luò)供電，且適于接入較大規(guī)模的新能源。因此，直流配電網(wǎng)接入的交流側(cè)電網(wǎng)可能呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特征[20]。

直流系統(tǒng)所連接交流系統(tǒng)的強弱一般可用直流系統(tǒng)的短路比來判別，短路比越小，變流器與交流側(cè)系統(tǒng)的連接越弱。弱電網(wǎng)的典型特征為[21-22]：(1)電源側(cè)阻抗不可忽略，且阻抗處于時變狀態(tài)，因此，系統(tǒng)功率波動容易引起交流側(cè)電源發(fā)生電壓和頻率波動；(2)系統(tǒng)慣性較小，電源無法快速響應(yīng)電壓變化，容易發(fā)生振蕩和波動；(3)除了變流器功率波動會引起系統(tǒng)電壓波動和振蕩外，系統(tǒng)中存在大量的背景諧波。

弱電網(wǎng)與直流配電網(wǎng)的連接給變流器的穩(wěn)定控制帶來一定的挑戰(zhàn)。如弱交流系統(tǒng)可以向直流側(cè)傳遞的最大功率有限[23]，接入弱電網(wǎng)后，變流器交流側(cè)對于功率波動更為敏感；弱電網(wǎng)阻抗參數(shù)的不確定性為系統(tǒng)控制參數(shù)計算和控制方式的選擇帶來一定的困難[24]等。

目前，針對接入弱交流系統(tǒng)對電壓源型換流器(voltage source converter, VSC)穩(wěn)定性影響的研究主要分為對鎖相環(huán)(phase locked loop, PLL)動態(tài)影響、控制系統(tǒng)交互影響和不考慮PLL動態(tài)影響三方面[25]。文獻(xiàn)[26]指出直流配電網(wǎng)接入弱交流系統(tǒng)后的穩(wěn)定問題主要是由于傳統(tǒng)PLL的作用：接入弱交流系統(tǒng)時，PLL與外環(huán)控制、內(nèi)環(huán)控制之間的交互更強，且受控制系統(tǒng)帶寬的影響[27]，出現(xiàn)外環(huán)有功無功非線性耦合增強[17]、PLL對內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生負(fù)阻尼作用等問題[28]，進(jìn)而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；當(dāng)不考慮PLL動態(tài)影響時，由于電壓前饋環(huán)節(jié)的作用，VSC控制系統(tǒng)依然可能失穩(wěn)[25]。

3 直流配電網(wǎng)運行控制方法

直流配電網(wǎng)常用變流器主要包括兩電平/三電平VSC和模塊化多電平變流器(modular multilevel converter, MMC)。雖然二者拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，但數(shù)學(xué)模型及控制原理是相通的。根據(jù)電壓源型換流器(VSC和MMC)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從交流側(cè)來看，二者的數(shù)學(xué)模型均可以表示為[7]

(7)

式中：j=a，b，c；ij表示變流器交流側(cè)電流；usj和uvj分別表示變流器交流側(cè)電源電壓和變流器出口電壓，對于MMC，uvj也表示上下橋臂的差模電壓；對于VSC，Rs和Ls分別表示變流器交流側(cè)等值電阻和電抗，對于MMC，二者表示交流側(cè)電阻與橋臂電阻、交流側(cè)電抗與橋臂電抗的等效值。

將式(7)進(jìn)行派克變換，寫成dq坐標(biāo)系下頻域形式為

(8)

根據(jù)式(8)，若已知變流器交流側(cè)出口電壓uvd和uvq，便可以得到變流器輸出電流id和iq，如圖3輸出響應(yīng)所示；若已知變流器輸出電流，則可以得到變流器交流側(cè)出口電壓。因此，二者可以構(gòu)成反饋關(guān)系，形成電流內(nèi)環(huán)控制回路。常用的內(nèi)環(huán)跟蹤方法有比例積分控制(proportional integral control, PIC)、比例諧振控制(proportional resonant control, PRC)、滑模變結(jié)構(gòu)控制(sliding mode control, SMC)等。PI控制器對直流參考值具有較好的跟蹤效果，在工程中得到廣泛應(yīng)用，因此，本文基于內(nèi)環(huán)采用PI控制的直接電流控制進(jìn)行介紹，如圖3控制內(nèi)環(huán)所示。根據(jù)變流器控制目標(biāo)以及外環(huán)控制方式不同，直接電流控制又可以分為：(1)恒直流側(cè)電壓控制；(2)恒功率控制；(3)電壓/功率下垂控制；(4)恒交流側(cè)電壓控制，等。

圖3 AC/DC變流器控制原理圖Fig.3 Control schematic of AC/DC converter

以上常規(guī)直接電流控制方法在交/直流配電網(wǎng)運行控制中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是無法適應(yīng)目前直流配電網(wǎng)低慣性、恒功率負(fù)荷接入、交流側(cè)弱電網(wǎng)等特征，無法解決由于系統(tǒng)參數(shù)變化帶來的系統(tǒng)阻抗不匹配等問題。針對直流配電網(wǎng)運行控制的典型特征以及常規(guī)直接電流控制存在的缺陷，本文重點分析功率同步控制、虛擬同步機控制、虛擬慣性控制以及虛擬阻抗控制等控制方法。

3.1 直流配電網(wǎng)功率同步控制

針對接入弱電網(wǎng)時，PLL容易受交流側(cè)諧波振蕩影響，為了提高VSC對弱電網(wǎng)的適應(yīng)性，文獻(xiàn)[18]將同步電機的功率同步原理應(yīng)用到直流變流器的控制中，提出了功率同步控制。

如圖4(a)所示發(fā)電機SM1和電動機SM2通過感抗為Xac的線路連接，當(dāng)SM2負(fù)荷增大時，根據(jù)同步機的轉(zhuǎn)矩平衡方程，SM2的轉(zhuǎn)速減小，即負(fù)荷側(cè)頻率降低，導(dǎo)致SM1與SM2之間電壓相位差增加。SM1與SM2之間的有功功率可以表示為

(9)

因此，SM1與SM2之間傳輸功率增加，SM2輸入功率增大，SM1與SM2之間達(dá)到新的平衡狀態(tài)。

將交流系統(tǒng)與VSC換流站等效為SM1與SM2，其簡化模型如圖4(b)所示。從以上原理分析可以看出，換流站輸入有功功率的變化直接反應(yīng)為變流站與交流系統(tǒng)之間的相角差的變化，通過跟蹤有功功率參考值便可以實現(xiàn)鎖相功能，同時實現(xiàn)有功功率控制，如圖4(c)功率同步環(huán)所示。

圖4 功率同步控制原理及控制框圖Fig.4 Principle of power synchronization control and its block diagram

對于無功功率控制環(huán)節(jié)，可利用交流電壓幅值與無功功率的關(guān)系建立控制模型。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，交流側(cè)電壓在dq坐標(biāo)系下d軸分量與交流電壓峰值相等，q軸分量為0[7]。利用輸出電壓的參考值，通過PI控制器就可以得到電流內(nèi)環(huán)的電流參考值。如圖4(c)無功-電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)所示。

根據(jù)功率同步控制的控制原理，功率同步控制的被控量是變流器的有功功率。被控量實際測量和計算過程中均存在一定的延遲和濾波環(huán)節(jié)，加上積分環(huán)節(jié)對高頻量的過濾作用，導(dǎo)致功率同步控制削弱了弱交流系統(tǒng)的諧波和高頻震蕩的影響，從而增強了變流器對弱交流系統(tǒng)的適應(yīng)性。文獻(xiàn)[29]利用功率同步控制實現(xiàn)了2個極弱交流系統(tǒng)的互聯(lián)；文獻(xiàn)[30]對功率同步控制的阻抗、阻尼特征進(jìn)行了分析和驗證，結(jié)果表明功率同步控制相對于傳統(tǒng)的矢量控制具有較好的阻尼特性，此外，功率同步控制還可以為弱交流系統(tǒng)提供一定的慣性支撐；文獻(xiàn)[24]、[31]將同步電機的慣性特性引入功率同步控制中，為弱交流系統(tǒng)提供一定的慣性支撐；文獻(xiàn)[32]針對功率同步控制仍然不能實現(xiàn)快速相位自同步，缺乏即插即用功能等缺陷，將非線性功率阻尼控制與功率同步控制結(jié)合，增強了變流器對接入交流微電網(wǎng)頻率波動的適應(yīng)性。除了直流變流器并網(wǎng)，功率同步控制還可以應(yīng)用于光伏系統(tǒng)接入弱交流系統(tǒng)[33]、風(fēng)力系統(tǒng)接入海島直流系統(tǒng)[34]等特殊場景。

在某些特殊應(yīng)用場景，功率同步環(huán)無法實現(xiàn)鎖相環(huán)功能。如直流變流器在故障時發(fā)生閉鎖，變流器輸出功率無法控制；交流側(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障時，采用功率同步鎖相無法實現(xiàn)準(zhǔn)確鎖相。針對交流側(cè)發(fā)生故障或較大畸變，系統(tǒng)中還有大量負(fù)序和零序(零序含量與直流配電網(wǎng)接線方式有關(guān))分量，文獻(xiàn)[35]基于瞬時對稱分量分解技術(shù)提出了一種采用解耦雙同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)技術(shù)[7]。

文獻(xiàn)[24]指出，隨著交流系統(tǒng)的增強，采用功率同步控制的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度逐漸減小，而連于強交流系統(tǒng)時會出現(xiàn)阻尼不足的現(xiàn)象。因此，功率同步控制適用于運行相對穩(wěn)定的弱交流系統(tǒng)，對應(yīng)用于不平衡系統(tǒng)以及強交流系統(tǒng)的適應(yīng)性還有待研究與改進(jìn)。文獻(xiàn)[36]指出，相對于電壓矢量控制，功率同步控制的控制帶寬有限。而在動態(tài)交互方面，功率同步控制與電網(wǎng)的動態(tài)交互更為明顯，文獻(xiàn)[37]將電壓矢量控制與功率同步控制進(jìn)行了結(jié)合，應(yīng)對不同條件下的控制需求。此外，采用功率同步控制時，變流器輸出功率隨著交流側(cè)頻率波動，這為直流配電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)帶來一定的困難。

目前，功率同步控制的研究依然處于理論階段。功率同步控制為分布式電源、直流負(fù)荷接入弱交流系統(tǒng)以及弱交流系統(tǒng)的柔性互聯(lián)提供了解決思路。然而，由于功率同步控制帶寬有限，一方面需要結(jié)合最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等現(xiàn)代控制理論對功率同步控制方式進(jìn)行改進(jìn)，另一方面應(yīng)對多種控制方式的結(jié)合與切換進(jìn)行研究，以適應(yīng)不同運行狀態(tài)。

3.2 直流配電網(wǎng)虛擬同步機控制

傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)中，電網(wǎng)可以通過同步機一次調(diào)頻保證系統(tǒng)頻率的暫態(tài)穩(wěn)定。這主要是由于系統(tǒng)中同步電機的作用[14]。為了模擬同步發(fā)電機的特性，國內(nèi)外學(xué)者提出了虛擬同步發(fā)電機的思想[38-39]，通過在電力電子變流器控制環(huán)節(jié)采用同步機的機電暫態(tài)方程，使得并網(wǎng)變流器在外特性和運行機制上與同步機相似，借鑒傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行經(jīng)驗，實現(xiàn)分布式電源的友好接入和交直流配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)。

目前，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種虛擬同步機控制方法[40-41]。其核心原理均為同步發(fā)電機的機械運動方程，如式(1)所示。

虛擬同步機電磁部分建模以定子電氣方程為原型。將VSC中交流側(cè)電阻Rs和電抗Ls看作同步機定子繞組的電感和電阻，則定子電氣方程可以表示為

(10)

式中：uv表示轉(zhuǎn)子運動在定子繞組中產(chǎn)生的反向電動勢e，e=[ea,eb,ec]；us表示同步發(fā)電機的機端電壓。

以上即變流器虛擬同步機控制的機械部分和電磁部分建模。在實際應(yīng)用中，若不關(guān)心同步機的電磁暫態(tài)過程，則可以采用這種建模方式。圖5(a)為采用這種建模方式的變流器典型控制結(jié)構(gòu)。

鐘慶昌教授充分考慮了同步發(fā)電機的電氣和磁鏈暫態(tài)特征，提出了更接近于同步發(fā)電機暫態(tài)特征的虛擬同步機模型[42-43]。其核心原理仍是同步電機的搖擺方程，其不同之處在于控制量的生成方式，如圖5(b)所示。

圖5 虛擬同步機控制框圖Fig.5 Block diagram of virtual synchronous generator control

從功率同步控制和虛擬同步機控制的原理可以看出，二者在控制系統(tǒng)的構(gòu)造上具有相同之處，均利用了同步機中有功功率與功角之間的關(guān)系。但是二者的應(yīng)用場景不同，控制目標(biāo)和功能不同。功率同步控制將變流器模擬為電動機，主要針對于分布式電源或直流配電網(wǎng)變流器與弱交流系統(tǒng)的連接，通過功率同步控制在實現(xiàn)有功功率傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)行鎖相，雖然可以為交流系統(tǒng)提供一定的慣性支撐，但是主動調(diào)頻能力較差。

虛擬同步電機控制則將變流器等效為同步發(fā)電機，其控制系統(tǒng)依舊依賴PLL的鎖相功能。通過虛擬同步機控制，不僅可以增加配電網(wǎng)的慣性，穩(wěn)定功率波動帶來的頻率偏移，提高電能質(zhì)量，同時由于采用虛擬同步機控制的慣性時間常數(shù)、阻尼系數(shù)、下垂系數(shù)等都可以隨著系統(tǒng)運行狀態(tài)而調(diào)整[44-45]，虛擬同步機的性能隨著控制目標(biāo)、功率計算方法、解耦方法、內(nèi)環(huán)控制方法等的不同而適應(yīng)于多種場景。因此，虛擬同步機控制可以用于系統(tǒng)穩(wěn)定性增強[44]、系統(tǒng)諧振抑制[46]、低電壓穿越[47]、分布式電源接入[48]、無源網(wǎng)絡(luò)供電等不同場景。用于交直流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)，當(dāng)交流側(cè)電網(wǎng)本地同步發(fā)電機退出運行時，配電網(wǎng)突變?yōu)闊o源網(wǎng)絡(luò)，虛擬同步機控制不需要做任何切換即可以實現(xiàn)有源網(wǎng)絡(luò)與無源網(wǎng)絡(luò)的切換，提升了柔性直流配電系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)變化的能力[49]。

虛擬同步機技術(shù)對現(xiàn)有并網(wǎng)技術(shù)有一定的提升，有利于交直流配電網(wǎng)柔性互聯(lián)，增強了直流配電網(wǎng)對無源交流配電網(wǎng)的供電能力。但是采用虛擬同步機控制在利用同步機優(yōu)點的同時引入了同步機的一些弊端，繼承了同步機的振蕩特性[41]，因此，系統(tǒng)多機并聯(lián)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化以及系統(tǒng)的阻尼控制均有待于進(jìn)一步研究。

3.3 直流配電網(wǎng)虛擬慣性控制

在傳統(tǒng)交流系統(tǒng)中，由于同步機的慣性作用和頻率敏感性負(fù)荷的阻尼作用，當(dāng)發(fā)生功率波動時，系統(tǒng)頻率不會發(fā)生迅速波動。同步機的慣性作用體現(xiàn)為當(dāng)頻率發(fā)生變化時，其輸出功率的突變，若忽略同步機機械轉(zhuǎn)矩的瞬時變化量，其輸出功率的變化量可以表示為

(11)

因此，通過建立輸出功率瞬時值與系統(tǒng)頻率導(dǎo)數(shù)之間關(guān)系，使變流器在頻率響應(yīng)特性上滿足同步機的特征，即可使變流器具有同步機的慣性特征。這種控制方式被稱為虛擬慣性控制[50-51]。

忽略損耗，類比同步機的搖擺方程，直流配電網(wǎng)VSC輸出功率與母線電壓關(guān)系可以表示為

(12)

式中：C為變流器出口電容；udc表示直流母線電壓；Hdc表示變流器等效慣量時間常數(shù)；Pin和Pout分別表示變流器輸入功率和輸出功率。

由式(11)、(12)可以看出，交流系統(tǒng)中慣性大小體現(xiàn)為同步電機的動能，其慣性大小通過同步機的轉(zhuǎn)動慣量J來表征；而直流配電網(wǎng)中，功率的波動表現(xiàn)為直流側(cè)電壓的偏移，類似地，可以認(rèn)為直流配電網(wǎng)的慣性大小體現(xiàn)為電容儲存的電能，其大小可以通過系統(tǒng)等效電容C來表征。交流系統(tǒng)中通過建立逆變器輸出有功功率與角頻率之間的關(guān)系，模擬同步機的慣性特征；相應(yīng)地，在直流配電網(wǎng)中通過建立被控電源輸出功率與直流電壓之間的關(guān)系，模擬同步機慣性特征。在直流配電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，通過電壓的變化速率控制電源輸出功率的瞬時值，在直流側(cè)構(gòu)造出虛擬電容CVir，從而為系統(tǒng)提供相應(yīng)的慣性支撐[52-53]。

因此，采用虛擬慣性控制后，直流配電網(wǎng)電壓-功率慣性關(guān)系可以表示為

(13)

式中：CVir_i表示電源i的虛擬電容；ΔPVir_i表示電源i輸出功率的變化；Ci和ΔPi分別表示電源i實際電容值及其功率變化；Δudc表示直流側(cè)電壓變化值；Hdci、HViri和Hi分別表示電源i的慣性時間常數(shù)、虛擬慣性時間常數(shù)和變流器電容慣性時間常數(shù)。

由式(11)可看出，系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，同步機轉(zhuǎn)子通過吸收/釋放動能為系統(tǒng)提供慣性支撐。因此，虛擬慣性控制的關(guān)鍵在于配電網(wǎng)發(fā)生功率波動時，變流器瞬時功率的來源。由式(12)、(13)可以看出，直流配電網(wǎng)的慣性體現(xiàn)在電容儲存的電能，電源虛擬慣性的大小與其提供的瞬時功率成正比。交直流配電網(wǎng)均可以通過大電網(wǎng)、分布式電源、儲能等電源構(gòu)造虛擬慣性，不同電源輸出特征不同，虛擬慣性大小也不同。文獻(xiàn)[52]、[54]對大電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)、風(fēng)機等電源虛擬等效慣性時間常數(shù)進(jìn)行了分析，指出電源虛擬慣性大小直接受電源的特征限制。

變流器的虛擬慣性時間常數(shù)HViri表征了電源i對直流配電網(wǎng)電壓波動的響應(yīng)能力，同時影響了變流器的阻抗特征。該數(shù)值過大會引起系統(tǒng)功率過調(diào)，降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，過小則對系統(tǒng)慣性支撐不夠。文獻(xiàn)[55]對慣性裕度及慣性的自適應(yīng)調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究，將下垂控制與虛擬慣性控制結(jié)合，提出一種自適應(yīng)虛擬慣性控制方法，通過對慣性時間常數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)獲得最佳動態(tài)響應(yīng)；文獻(xiàn)[56]將預(yù)測方法引入虛擬慣性控制中；文獻(xiàn)[57]通過對基于下垂控制的虛擬慣性系統(tǒng)建立小信號模型分析，發(fā)現(xiàn)虛擬慣性控制變流器輸出電流對于系統(tǒng)相當(dāng)于一個擾動量，提出一種電流前饋抑制方法，同時對下垂系數(shù)和慣性時間傳輸進(jìn)行分析，給出了控制參數(shù)選取方法；文獻(xiàn)[58]通過引入了超前滯后環(huán)節(jié)，對控制系統(tǒng)零極點進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力。

交流系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)速變化范圍的限制，同步機用于提供的慣性可用動能為

(14)

因此，交流系統(tǒng)中ΔEkmax與H存在比例關(guān)系。虛擬慣性控制系統(tǒng)中慣性時間常數(shù)HVir可以根據(jù)控制需求進(jìn)行設(shè)置，因此系統(tǒng)慣性大小體現(xiàn)為慣性時間常數(shù)和用于慣性支撐的能量兩方面。慣性時間常數(shù)的大小影響電源的響應(yīng)能力，慣性支撐能量的大小則直接決定了電源對于系統(tǒng)的慣性支撐能力。直流配電網(wǎng)中風(fēng)電系統(tǒng)的慣性支撐能量為在轉(zhuǎn)速允許范圍內(nèi)的動能變化量，表達(dá)式與同步機相同；儲能系統(tǒng)的慣性支撐能量為其可以釋放或吸收的最大能量；交流側(cè)的慣性支撐能力由交流系統(tǒng)特征決定。顯而易見，在一定運行狀態(tài)下，分布式電源的慣性支撐能量有限。因此，在直流配電網(wǎng)中，根據(jù)電源輸出響應(yīng)速度、輸出特性、慣性支撐能量等限制條件，合理配置、優(yōu)化調(diào)節(jié)直流配電網(wǎng)電源虛擬慣性時間長常數(shù)，實現(xiàn)不同電源之間的慣性配合，進(jìn)行直流配電網(wǎng)電壓一次調(diào)節(jié)，研究分布式電源虛擬慣性與柔性負(fù)荷的配合，進(jìn)行直流配電網(wǎng)電壓二次調(diào)節(jié)，是實現(xiàn)直流配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，也是虛擬慣性控制有待深入研究的方向。

直流配電網(wǎng)的低慣性特征嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的電能質(zhì)量。直流配電網(wǎng)通過虛擬慣性控制可以提高電源的功率響應(yīng)。然而，目前直流配電網(wǎng)虛擬慣性控制研究尚不完善，直流配電網(wǎng)慣性配置、慣性調(diào)壓等方面的研究有待深入。此外，虛擬慣性影響了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，在降低功率階躍時母線電壓波動的同時，減慢了系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)速度。同時由于慣性功率的影響，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓會出現(xiàn)一定的偏差。因此，直流配電網(wǎng)引進(jìn)虛擬慣性控制的同時，需要根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行控制方式的改進(jìn)。

3.4 直流配電網(wǎng)虛擬阻抗控制

配電網(wǎng)中恒功率負(fù)荷日益增多，恒功率負(fù)荷的負(fù)阻抗特征嚴(yán)重影響直流配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。根據(jù)小信號模型分析可以看出，恒功率負(fù)荷的接入會降低系統(tǒng)阻尼，同時引入不穩(wěn)定極點[59]。文獻(xiàn)[60]建立基于MMC的四端直流網(wǎng)絡(luò)等效模型，對系統(tǒng)進(jìn)行了小信號分析，得出系統(tǒng)諧振與不穩(wěn)定的根源在于系統(tǒng)阻抗的不匹配，需要對系統(tǒng)進(jìn)行阻尼控制。常用的阻尼控制方式主要有增加阻尼裝置、增設(shè)功率補償系統(tǒng)、對變流器進(jìn)行阻尼控制3種。前2種方式會增加額外的投資和系統(tǒng)復(fù)雜度，變流器的阻尼控制也稱為虛擬阻抗控制，在直流配電網(wǎng)中更具有應(yīng)用前景。

虛擬阻抗的思想最初應(yīng)用于有源濾波器中，通過采用電流/電壓反饋控制，調(diào)整有源濾波電路的阻尼特征、濾波性能[61]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，虛擬阻抗技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力電子變流器的控制，如并網(wǎng)逆變器功率控制、改進(jìn)下垂控制、多變流器協(xié)同控制等[62]。通過虛擬阻抗控制可以改變變流器的輸出阻抗特性，且不增加損耗，因此，虛擬阻抗控制還可以用于為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，如諧波抑制、不平衡電壓補償、故障穿越、次同步振蕩抑制等[63]。

如圖6(a)所示為LC-VSC交流側(cè)虛擬阻抗控制典型結(jié)構(gòu)圖[63]。假設(shè)直流側(cè)為恒壓源，系統(tǒng)電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)用傳遞函數(shù)Gcv(s)表示。利用變流器交流側(cè)輸出電流ig以及濾波器電感電流/電壓或電容電流/電壓，通過反饋構(gòu)造系統(tǒng)虛擬阻抗。將反饋函數(shù)Gvo(s)稱為虛擬外環(huán)阻抗傳遞函數(shù)，將反饋函數(shù)Gvi,1(s)、Gvi,2(s)稱為虛擬內(nèi)環(huán)阻抗傳遞函數(shù)。在控制中，根據(jù)系統(tǒng)需求對以上虛擬阻抗傳遞函數(shù)進(jìn)行構(gòu)造，從而使得系統(tǒng)中具有電感或電阻的效果[60]。在傳遞函數(shù)中加入濾波環(huán)節(jié)，對特定諧波分量進(jìn)行提取，可以構(gòu)造出特定諧波虛擬阻尼[64]。對控制系統(tǒng)建立小信號模型進(jìn)行分析，可得到交流側(cè)等效電路如圖7(a)所示[63]。

圖6(b)所示為恒直流側(cè)電壓控制VSC直流側(cè)虛擬阻抗控制典型結(jié)構(gòu)圖[65]。由于VSC直流側(cè)控制為有功類控制量，虛擬阻抗構(gòu)造主要體現(xiàn)為控制系統(tǒng)d軸分量的控制。文獻(xiàn)[65]分別對反饋函數(shù)在控制系統(tǒng)中作用的不同位置進(jìn)行了小信號分析，綜合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏性，中間環(huán)節(jié)虛擬阻抗控制具有最優(yōu)性能[3]。對控制系統(tǒng)進(jìn)行小信號分析，可以得到直流側(cè)等效電路如圖7(b)所示。

圖6 虛擬阻抗控制結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Control schematic of virtual impedance

圖7 變流器虛擬阻抗等效圖Fig.7 Equivalent of VSC with virtual impedance control

從以上分析可以看出，虛擬阻抗控制關(guān)鍵在于反饋關(guān)系的建立和控制系統(tǒng)反饋函數(shù)的構(gòu)造。反饋量提取位置不同、傳遞函數(shù)不同、反饋量在控制系統(tǒng)中的作用位置不同，虛擬阻抗控制在系統(tǒng)中的作用各不相同。根據(jù)虛擬阻抗控制的不同作用，其應(yīng)用場景可分為以下幾個方面[63]：

(1)穩(wěn)定控制。有源穩(wěn)定控制主要通過改變逆變器的阻抗，對變流器交直流側(cè)的振蕩、諧振進(jìn)行阻尼。文獻(xiàn)[66]、[67]通過逆變器輸出阻抗與系統(tǒng)魯棒性和抗干擾性的關(guān)系，采用虛擬阻抗法對逆變器輸出阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)，提升了系統(tǒng)對弱電網(wǎng)的適應(yīng)能力；文獻(xiàn)[68]將虛擬阻抗控制用于解決多LCL變流器并聯(lián)諧振問題。

(2)有源阻尼控制。有源阻尼是改變恒功率負(fù)荷阻抗特征、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法，根據(jù)阻尼位置不同可以分為饋線側(cè)阻尼和負(fù)荷側(cè)阻尼[3]。文獻(xiàn)[69]采用負(fù)荷側(cè)阻尼，通過對恒功率負(fù)荷出口DC/DC變流器進(jìn)行阻尼控制，改變了負(fù)荷的負(fù)阻尼特性；文獻(xiàn)[19]指出，采用負(fù)荷側(cè)阻尼控制時引入的電流會影響負(fù)載性能，通過對源側(cè)變流器進(jìn)行虛擬阻抗控制實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

(3)潮流控制。通過虛擬阻抗控制可以有效減小變流器有功無功之間的耦合、改善下垂控制和并聯(lián)變流器功率分配精度[70-71]。通過合理構(gòu)造反饋函數(shù)，虛擬阻抗控制可以有效提高變流器的功率響應(yīng)速度。文獻(xiàn)[70]通過虛擬阻抗控制實時調(diào)節(jié)變流器的阻抗特征，實現(xiàn)了多電源的功率共享控制；文獻(xiàn)[71]通過對超級電容進(jìn)行虛擬阻抗控制，實時改變其輸出特性，實現(xiàn)系統(tǒng)功率波動時儲能系統(tǒng)的有效調(diào)節(jié)功能。

(4)諧波抑制和不平衡補償。諧波抑制和不平衡補償主要利用虛擬阻抗的可變性。文獻(xiàn)[60]通過分析多端直流系統(tǒng)阻尼特征，通過改變MMC阻抗特性抑制直流系統(tǒng)阻抗不平衡帶來的系統(tǒng)振蕩；文獻(xiàn)[64, 72]通過提取電網(wǎng)電壓諧波信息，對特定諧波增加阻尼信號，將虛擬阻抗法用于電網(wǎng)諧波抑制和不平衡補償；文獻(xiàn)[73]將虛擬阻抗控制用于非線性功率和不平衡功率的補償。

(5)故障穿越。故障發(fā)生后，通過虛擬阻抗控制模擬限流器電阻和電感的作用，從而實現(xiàn)故障限流[74]、故障穿越[75]。

從控制原理可以看出，虛擬阻抗控制通過在變流器常規(guī)控制策略上附加反饋環(huán)節(jié)，從而使變流器在原有控制特性基礎(chǔ)上具有阻尼特征，通過控制變流器的阻抗特性而影響其輸出特征。然而，目前針對虛擬阻抗的研究多基于單臺變流器或小系統(tǒng)，針對于大系統(tǒng)、多目標(biāo)的虛擬阻抗優(yōu)化配置有待于深入研究。此外，控制方式之間的相互影響分析和控制參數(shù)配合也是虛擬阻抗需要關(guān)注的方向。

4 預(yù)期與展望

直流配電網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、可控度高等特點，可以更好地實現(xiàn)可再生能源消納和新型負(fù)荷的接入，通過充分利用源-網(wǎng)-荷的可測可控性，可以實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)，促進(jìn)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展。然而，目前直流配電網(wǎng)的研究依然處于理論研究階段，缺乏典型的中壓直流配電網(wǎng)示范工程，在應(yīng)用層面依然面臨各種難題。

從系統(tǒng)控制的角度，直流配電網(wǎng)改變了傳統(tǒng)集中式供電模式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜碗娏﹄娮釉O(shè)備的復(fù)雜度提高，在增加靈活性的同時，引入了新的控制難題?？偨Y(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和成果，可以看出直流配電網(wǎng)控制的復(fù)雜度高、難度大，目前提出的控制方法尚不能全面解決直流配電網(wǎng)的穩(wěn)定問題，從系統(tǒng)控制角度出發(fā)，尚存在一些問題亟待突破。

(1)直流配電系統(tǒng)是一個非線性時變系統(tǒng)，分布式電源、負(fù)荷均具有隨機性，變流器等效電路參數(shù)隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式以及工作點的變化而變化。因此，傳統(tǒng)的依靠線性網(wǎng)絡(luò)模型的定常系數(shù)控制方法無法適應(yīng)直流配電網(wǎng)的控制要求。自適應(yīng)控制、非線性控制、預(yù)測控制以及智能算法等控制方法與變流器典型控制方式的結(jié)合是直流配電網(wǎng)運行控制的發(fā)展趨勢。

(2)目前直流配電網(wǎng)運行控制的研究多基于簡單網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵巍⑵骷Y(jié)構(gòu)單一。隨著直流配電網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中電力電子器件數(shù)量增多，多個器件之間的協(xié)調(diào)控制，以及多個電源之間的慣性、功率分配，多節(jié)點潮流優(yōu)化控制都將是直流配電網(wǎng)控制的重點，結(jié)合配電網(wǎng)分層控制、分布式控制、分層分布式控制等先進(jìn)控制體系，建立直流配電網(wǎng)一次調(diào)壓及二次調(diào)壓的控制邏輯，是直流配電網(wǎng)運行控制的發(fā)展方向。

(3)目前直流配電網(wǎng)運行控制研究多針對某一特定應(yīng)用場景。但是直流配電網(wǎng)運行狀態(tài)比較復(fù)雜，單一控制方法難以滿足系統(tǒng)需求。因此，多種控制方法的結(jié)合、不同控制方式之間的切換、不同運行狀態(tài)下系統(tǒng)控制方法的適用性等仍需深入研究。

(4)通過虛擬慣性控制可以一定程度上增大直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是分布式電源可提供的慣性有限，儲能系統(tǒng)受儲能介質(zhì)和輸出功率的限制，直流配電網(wǎng)可用慣性依然有限。因此，直流配電網(wǎng)的功率平衡與穩(wěn)定需要充分利用源-網(wǎng)-荷的可測可控性，調(diào)動需求側(cè)資源。

(5)直流配電網(wǎng)的繼電保護(hù)是制約其發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。電力電子器件故障承受能力較弱，直流配電網(wǎng)故障發(fā)展速度快，影響范圍大。因此，在實現(xiàn)故障快速隔離的同時，變流器的故障穿越控制、系統(tǒng)的故障重啟、擾動情況下配電網(wǎng)的穩(wěn)定控制等是實現(xiàn)系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。

目前，直流配電網(wǎng)的理論研究多關(guān)注其經(jīng)濟(jì)性、供電能力以及對新能源的消納能力，借鑒交流配電網(wǎng)和柔性直流輸電系統(tǒng)的理論。但面向?qū)嶋H應(yīng)用，未來研究應(yīng)更多地從實際工程出發(fā)，集中開展基礎(chǔ)性研究和關(guān)鍵技術(shù)示范應(yīng)用，充分利用直流配電網(wǎng)的特點，結(jié)合電力電子、電力系統(tǒng)、現(xiàn)代控制、智能算法等多學(xué)科優(yōu)勢，探索適用于直流配電網(wǎng)的運行及控制技術(shù)。同時，隨著相應(yīng)示范工程的推進(jìn)，盡快建立相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動直流配電技術(shù)發(fā)展。

5 結(jié) 論

直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢被廣泛關(guān)注和認(rèn)可。本文在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對直流配電網(wǎng)的典型特征進(jìn)行了總結(jié)，有針對性地對直流配電網(wǎng)功率同步控制、虛擬同步機控制、虛擬慣性控制和虛擬阻抗控制等典型控制方法的控制原理、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)和展望，指出現(xiàn)階段運行控制方法尚不能滿足直流配電網(wǎng)發(fā)展的需求，隨著網(wǎng)絡(luò)的擴展，多種控制方法結(jié)合與切換、多源協(xié)調(diào)優(yōu)化、系統(tǒng)潮流分配等問題需要進(jìn)一步解決。本文僅從控制角度總結(jié)了直流配電網(wǎng)的研究成果，為直流配電網(wǎng)運行控制發(fā)展提供一定的參考。目前直流配電網(wǎng)依然處于理論研究和實驗示范階段，其大規(guī)模應(yīng)用尚需較長的過程。因此，需從工程實際出發(fā)，探索直流配電網(wǎng)優(yōu)化配置、運行控制、繼電保護(hù)的新思路，完善相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場機制，推動技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用。