考慮通信延時(shí)的直流微網(wǎng)分組一致性控制策略研究

梁海峰， 丁錦睿， 邊 吉

(華北電力大學(xué) 分布式儲(chǔ)能與微網(wǎng)河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003)

0 引 言

微電網(wǎng)是由分布式電源、換流器、負(fù)荷以及儲(chǔ)能裝置等匯聚而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)[1]。其可以通過(guò)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)與大電網(wǎng)相連，工作在并網(wǎng)模式下。當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)可以運(yùn)行在孤島模式下，實(shí)現(xiàn)自我管理和控制。并且微電網(wǎng)可以分為交流微電網(wǎng)[2]和直流微電網(wǎng)[3]，相較于交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)可以減少電能轉(zhuǎn)換的次數(shù)，不用跟蹤系統(tǒng)的頻率和相位，有效地提高系統(tǒng)的效率和可靠性。

在傳統(tǒng)的直流微電網(wǎng)控制方法之中，多微源之間的協(xié)同控制方法多采用集中式或分散式的控制方法[4]。然而，傳統(tǒng)的分散式控制，由于直流微網(wǎng)中線路阻抗的存在，屬于有差控制，在母線電壓和功率分配方面存在偏差[5]。而集中式控制雖然可以平衡母線電壓和功率分配的精度，但可靠性存在問(wèn)題，集中控制器的故障會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定[6]。

基于一致性的控制方法有效地解決了傳統(tǒng)的集中式控制和分散式控制的缺點(diǎn)，并集合兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種有效的分布式系統(tǒng)控制方法[7]?；谝恢滦运惴ǖ姆植际娇刂埔劳邢∈柰ㄐ?，每個(gè)受控節(jié)點(diǎn)僅需要本地測(cè)量信息和相鄰節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息即可使整個(gè)系統(tǒng)的控制變量達(dá)到一致性，較傳統(tǒng)的控制方法有更好地靈活性和可靠性[8]。

目前在直流微電網(wǎng)的分布式控制領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外專家已經(jīng)對(duì)一致性算法的應(yīng)用開(kāi)展了相關(guān)的研究。文獻(xiàn)[9]對(duì)連接在同一母線上的儲(chǔ)能單元提出了一種基于PI一致性的算法的電壓優(yōu)化控制策略，將控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題，但該控制策略對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中通信延時(shí)對(duì)控制效果的影響沒(méi)有具體的推導(dǎo)。文獻(xiàn)[10]對(duì)微電網(wǎng)群的協(xié)同控制提出了一種基于離散一致性的智能多級(jí)控制策略，通過(guò)建立對(duì)角元素不為零的隨機(jī)矩陣消除通信延時(shí)對(duì)收斂穩(wěn)定性的影響。一致性算法不僅需要考慮通信延時(shí)的問(wèn)題，狀態(tài)觀測(cè)器的初值也可能對(duì)最終收斂結(jié)果產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[11]在傳統(tǒng)的基于一致性的控制方法的基礎(chǔ)上，加入抗干擾觀測(cè)器，有效地提高收斂值的準(zhǔn)確性。

文獻(xiàn)[9-11]都是在一致性協(xié)調(diào)控制下，系統(tǒng)中所有智能體最終收斂到一致的狀態(tài)，但隨著系統(tǒng)中智能體數(shù)量的增加，最終達(dá)到一致性的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的增加。為解決這一問(wèn)題，基于分組一致性算法的控制策略[12]被應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的控制中。文獻(xiàn)[13]應(yīng)用離散分組一致性算法對(duì)雙母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)內(nèi)的電壓觀測(cè)器分別編組，使之分別快速收斂。但其沒(méi)有考慮通信延時(shí)和一致性過(guò)程中可能出現(xiàn)的電流或電壓觀測(cè)器受到擾動(dòng)的情況。

本文提出一種基于分組一致性算法的自適應(yīng)下垂控制方法，不僅考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的通信延時(shí)的影響，而且加入抗干擾環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)達(dá)到一致性的收斂速度和精度，并且平衡了母線電壓波動(dòng)和功率分配精度。

1 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)下垂控制的缺陷

1.1 多母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)

早期的直流微電網(wǎng)只含有一條公共的直流母線[14]，當(dāng)該母線發(fā)生故障時(shí)，會(huì)影響整個(gè)微網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性，而且直流功率單元的電壓等級(jí)并不相同，因此出現(xiàn)多母線結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)[15]，其能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型、容量和直流電壓等級(jí)的分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷等的接入。為了簡(jiǎn)化分析，本文僅考慮孤島模式下雙母線結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多母線結(jié)構(gòu)直流微網(wǎng)示意圖Fig.1 Structure diagram of multi-bus DC microgrid

高壓和低壓母線分別實(shí)現(xiàn)區(qū)域自治，根據(jù)各自系統(tǒng)中微源和負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地調(diào)整。并且只有當(dāng)其中任一區(qū)域功率不足而另一區(qū)域功率盈余時(shí)，兩母線之間的換流器才會(huì)工作，從而維持整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、有效地運(yùn)行。

1.2 傳統(tǒng)下垂控制的缺陷

圖1中的六節(jié)點(diǎn)的雙母線結(jié)構(gòu)[16]的直流微電網(wǎng)的戴維南等效模型如圖2所示。傳統(tǒng)的阻性下垂控制方程[17]如下：針對(duì)任意第j個(gè)微源，當(dāng)其向外供電時(shí)，存在以下方程：

Uoi=Uref-RdiIoi,i=1,2,…,n

(1)

式中:Uoi為第i個(gè)換流器的輸出電壓；Uref為第i個(gè)換流器參考輸出電壓；Rdi為第i個(gè)微源的下垂控制系數(shù)；Ioi為i個(gè)微源的輸出電流。

圖2 雙母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)戴維南等效模型Fig.2 Thevenin equivalent model of dual-bus DC microgrid

由式(1)可知，要使兩母線區(qū)域內(nèi)的功率單元分別實(shí)現(xiàn)功率精分，即要使各換流器的輸出功率與自身額定功率成正比[18]，各節(jié)點(diǎn)的輸出電流應(yīng)滿足下式：

(2)

式中：Xlinei為第i個(gè)換流器到其所在母線的線路阻抗；ni-j為第i個(gè)換流器和第j個(gè)換流器的額定功率之比。圖2中XlineX為兩母線之間線路的等效阻抗；Rload1、Rload2分別為兩母線的等效負(fù)載電阻。但在實(shí)際控制過(guò)程中，線路阻抗往往無(wú)法確定或者會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)傳統(tǒng)的阻性下垂控制策略由于下垂系數(shù)固定，很難滿足式(2)，達(dá)到功率的精確分配。

因此，為了實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)中各微源功率的精確分配，同時(shí)維持母各線電壓的穩(wěn)定。本文提出了基于分組一致性算法的多母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)控制策略。

2 考慮延時(shí)的分組一致性算法

2.1 分組一致性算法和最大通信延時(shí)

在一致性控制過(guò)程中，為了使系統(tǒng)快速有效地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，多智能體需要盡快達(dá)到收斂。然而一致性協(xié)調(diào)控制中隨著智能體數(shù)量的增加，系統(tǒng)達(dá)到收斂的時(shí)間會(huì)不可避免地增加，并且不同的智能體可能需要收斂到不同的目標(biāo)值。因此文獻(xiàn)[13]采用分組一致性算法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速收斂，并且各子網(wǎng)可以收斂到對(duì)應(yīng)的不同目標(biāo)值。但通信延時(shí)對(duì)一致性控制的收斂過(guò)程影響同樣很大，本文提出考慮延時(shí)的分組一致性算法，同時(shí)給出系統(tǒng)最終收斂時(shí)能夠承受的最大通信延時(shí)并給出相應(yīng)證明。

當(dāng)系統(tǒng)的通信延時(shí)小于本文所給出的最大通信延時(shí)，通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)收斂情況的影響文獻(xiàn)[19-21]已給出具體分析，本文不再對(duì)其進(jìn)行建模分析，主要考慮最大通信延時(shí)對(duì)系統(tǒng)最終能否收斂的影響。

當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無(wú)向圖、強(qiáng)連通平衡圖時(shí)，可以得到如下的平均分組一致性[22]控制協(xié)議：

(3)

其中

?i,j∈L1,aij≥0;?i,j∈L2,aij≥0

(4)

(5)

式中:xi為第i個(gè)換流器的控制變量;τ為系統(tǒng)的通信延時(shí)。在式(3)中,為了平衡兩個(gè)分組之間的相互影響，還需滿足以下兩個(gè)條件[23]：

(6)

(7)

若式(3)能夠逐漸達(dá)到分組一致性[24]，系統(tǒng)的通信延時(shí)τ還需要滿足下式：

(8)

(9)

2.2 最大通信延時(shí)的證明

對(duì)如式(3)所示的分組一致性算法能夠收斂的最大通信延時(shí)，即式(8)進(jìn)行證明，需要使用以下三個(gè)引理：

引理1[25]如果拓?fù)溥B通圖G為連通的二分圖，并且D和A分別是G的結(jié)點(diǎn)矩陣和鄰接矩陣，那么矩陣D-A的秩為n-1。

引理2[26]對(duì)于任意γ∈[0,1)，當(dāng)ω∈R時(shí)，此時(shí)凸包γCo(0∪{Ei(jω),i∈N}不包含(-1,j0)，其中

(10)

首先對(duì)式(3)做Laplace變換，可以得到系統(tǒng)的特征方程為det(sI+L(s))=0,其中I為單位陣，L(s)的定義如下：

(11)

令

F(s)=det(sI+L(s))

(12)

由系統(tǒng)穩(wěn)定性判定的原理可知，只有F(s)零點(diǎn)都具有負(fù)實(shí)部或者s=0，如式(3)所示的平均分組一致性控制協(xié)議才能達(dá)到分組一致性。接著分兩種情況對(duì)其進(jìn)行分析。

(1)當(dāng)s=0時(shí)，F(xiàn)(s)=det(D-A)，由引理1可知，s=0為F(s)的唯一零點(diǎn)。

(2)當(dāng)s≠0時(shí)，令

P(s)=det(I+G(s))

(13)

其中

(14)

若P(s)的零點(diǎn)都具有負(fù)實(shí)部，則F(s)的零點(diǎn)也都具有負(fù)實(shí)部，則控制協(xié)議(3)能達(dá)到平均分組一致性。

令s=jω，對(duì)于式(14)，根據(jù)廣義Nyquist準(zhǔn)則，如果?ω∈R，λ(G(jω))的Nyquist曲線不包含點(diǎn)(-1,j0)，則式(14)中所有零點(diǎn)均具有負(fù)實(shí)部。

根據(jù)蓋氏圓盤定理，矩陣G(jω)的特征值λ(G(jω))滿足：

(15)

且

(16)

式中:C為復(fù)數(shù)域，由式(16)可知，圓盤的中心Gi0(jω)為

(17)

當(dāng)圓盤的中心Gi0(jω)的Nyquist曲線隨著ω∈R變換時(shí)，圓盤Gi也隨著變化。假設(shè)復(fù)平面的原點(diǎn)為O，O與Gi0連線的延長(zhǎng)線交與圓盤的邊界圓周于Wi點(diǎn)，已知隨著Gi的變化，端點(diǎn)Wi的軌跡為

(18)

令γ=max{γi,i∈N},顯然當(dāng)γ<1，?i∈N，下式成立：

(19)

所以特征值λ(G(jω))的軌跡不包含(-1,j0)，則式(13)的特征根都具有負(fù)實(shí)根，可以得到當(dāng)系統(tǒng)延時(shí)滿足式(8)時(shí)，一致性控制協(xié)議(3)能夠逐漸達(dá)到平均分組一致性。

3 基于考慮延時(shí)的分組一致性算法的自適應(yīng)下垂控制

3.1 分組一致性的通信架構(gòu)

本文將系統(tǒng)中每一個(gè)微源看作一個(gè)獨(dú)立的智能體，將具有雙母線結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)上的微源按所處母線電壓的不同分為兩組，高、低壓母線上微源的觀測(cè)器節(jié)點(diǎn)下標(biāo)集合，分別記作Lh和Ll；Nhi和Nli分別為高低壓母線中的微源集合,其分組一致性通信框架的示意圖如圖3所示。

圖3 分組一致性通信框架示意圖Fig.3 Framework of communication based on group consensus algorithm

在控制策略運(yùn)行的過(guò)程中，高、低壓母線上的觀測(cè)器采集所需信息，并分別在各自子網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行信息交互，同時(shí)不同母線間的邊界節(jié)點(diǎn)也交換信息，可以優(yōu)化整體系統(tǒng)的控制效果。當(dāng)任意母線的功率發(fā)生不平衡時(shí)，兩母線間還可以進(jìn)行能量交換，維持母線電壓的穩(wěn)定。

3.2 電壓恢復(fù)一致性迭代

在分組一致性的控制過(guò)程中，通信系統(tǒng)總不可避免的存在通信延時(shí)的問(wèn)題，當(dāng)延時(shí)過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)的一致性迭代就難以達(dá)到收斂。因此本文給出了當(dāng)采用分組一致性算法的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定時(shí)的通信延時(shí)τ的范圍及其證明，當(dāng)τ滿足式(8)的條件時(shí)，該系統(tǒng)就能達(dá)到平均分組一致性。

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，在進(jìn)行一致性迭代時(shí)電流和電壓觀測(cè)器所觀測(cè)到的數(shù)值可能會(huì)受到干擾，從而影響一致性算法的收斂精度。因此本文在分組一致性算法的基礎(chǔ)上，加入抗干擾狀態(tài)觀測(cè)器，電壓恢復(fù)一致性迭代具體如下式所示：

(20)

其中

(21)

(22)

(23)

圖4 電壓恢復(fù)一致性迭代Fig.4 Voltage recovery based on consensus iteration

根據(jù)式(23)可得

(24)

經(jīng)過(guò)多次一致性迭代過(guò)后，高、低壓母線上的功率節(jié)點(diǎn)上的電壓會(huì)分別收斂到Uoh[∞]和Uol[∞]。

3.3 下垂系數(shù)自適應(yīng)控制

在傳統(tǒng)的阻性下垂控制中下垂系數(shù)固定，由于線路的阻抗可能無(wú)法測(cè)量或者在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致直流微電網(wǎng)無(wú)法在滿足母線電壓穩(wěn)定的同時(shí)保證功率精分。因此本節(jié)提出了基于分組一致性算法的下垂系數(shù)修正的控制策略。

直流微網(wǎng)系統(tǒng)中各微源的額定容量存在差異，因此在獲得各母線電壓的平均值后，需要根據(jù)微源的負(fù)載能力來(lái)調(diào)節(jié)其輸出功率，由式(25)來(lái)計(jì)算各微源的電流的標(biāo)幺值：

(25)

(26)

結(jié)合式(1)、(20)和(26)，可得對(duì)應(yīng)的阻性下垂系數(shù)Rdi:

(27)

式中:Rdi(t)為第i個(gè)微源在第t時(shí)刻的下垂系數(shù)。

設(shè)備級(jí)控制由PI控制器完成，根據(jù)式(27)得出的修正后的下垂系數(shù)，用以對(duì)電壓和電流做出相應(yīng)的具體調(diào)節(jié)，從而在維持電壓穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)功率精分。

4 仿真驗(yàn)證

4.1 仿真模型及參數(shù)

本文通過(guò)建立MATLAB/Simulink仿真模型，對(duì)所提出的適用于多母線結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)的分組一致性控制策略進(jìn)行分析，來(lái)驗(yàn)證本文所提出的控制策略的有效性。

圖5 雙母線結(jié)構(gòu)直流微網(wǎng)仿真模型 Fig.5 Simulation model of dual-Bus DC microgrid

仿真所搭建的雙母線結(jié)構(gòu)直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。在該仿真圖中共包含3個(gè)高壓直流微源MGH1、MGH2和MGH3，以及3個(gè)低壓直流微源MGL1、MGL2和MGL3，且分別位于高、低壓母線上。兩母線通過(guò)換流器連接進(jìn)行功率交換，且每個(gè)母線上各有兩個(gè)阻性負(fù)載，分別記作Load1到Load4，其對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗分別為R1到R4，可以在不同的時(shí)間進(jìn)行開(kāi)閉，模擬微網(wǎng)負(fù)荷變化的情況。仿真中的具體參數(shù)如表1所示。

表1 直流微電網(wǎng)參數(shù)

4.2 分組一致性最大延時(shí)分析

MGH1-3和MGL1-3的換流器出口處電壓和電流觀測(cè)器依次記作智能體Agent1-Agent6，其中，Agent1-Agent3位于高壓子網(wǎng)內(nèi)，同時(shí)Agent4-Agent6位于低壓子網(wǎng)內(nèi)，圖5對(duì)應(yīng)的通信拓?fù)淙鐖D6所示。

圖6 微網(wǎng)通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.6 Communication topology of microgrid

假設(shè)如圖6所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，當(dāng)兩微源間存在通信時(shí)，其通信權(quán)值均為1，并且通信權(quán)重還需滿足式(4)、(5)、(6)和(7)，則該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鄰接矩陣A為

(28)

結(jié)合式(8)和(28)計(jì)算可知，該仿真系統(tǒng)的最大通信延時(shí)τ為0.3 926 s。該仿真系統(tǒng)在0到2 s內(nèi)高壓和低壓子網(wǎng)內(nèi)分別只有負(fù)荷Load1和Load3接入系統(tǒng)，且0到1 s內(nèi)微網(wǎng)采用傳統(tǒng)下垂控制方法，在1 s時(shí)切換至本文所提出的考慮通信延遲的一致性控制策略。本節(jié)在該通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，給通信延時(shí)為0.39 s和0.4 s時(shí)該直流微網(wǎng)中各微源的電流和電壓的變化情況，即分別為通信延時(shí)小于和大于由式(8)得出的最大通信延時(shí)的情況。

圖7(a)和7(b)分別為通信延時(shí)為0.39 s，即小于最大通信延時(shí)，微網(wǎng)切換控制策略時(shí)，微源的電流和電壓的波形圖。圖7(a)中，1 s以前微網(wǎng)采用傳統(tǒng)下垂控制策略，由于各微源所在的線路的阻抗不同，微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷不能夠精確分配。在1 s時(shí)系統(tǒng)切換至本文提出的考慮延時(shí)的分組一致性控制策略，因?yàn)榇藭r(shí)通信延時(shí)小于該系統(tǒng)所能承受的最大通信延時(shí)，在1.08 s時(shí)，高壓和低壓子網(wǎng)分別收斂于1.64 A和1.40 A，實(shí)現(xiàn)各子網(wǎng)內(nèi)微源功率的精確分配。

圖7(b)中在高壓和低壓子網(wǎng)內(nèi)微源在1 s前由于線路阻抗的差異，換流器出口電壓不盡相同，當(dāng)切換控制策略后，各子網(wǎng)內(nèi)微源均在1.15 s時(shí)收斂于各自子網(wǎng)的額定電壓。

圖7 通信延時(shí)為0.39 s時(shí)微源電流和電壓波形Fig.7 Micro-sources current and voltage waveform when communication delay is 0.39 s

而圖8為通信延時(shí)為0.4 s時(shí)，即大于最大通信延時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)各微源輸出電流的波形圖。由于此時(shí)的通信延時(shí)大于由式(8)所得出的系統(tǒng)能承受的最大通信延時(shí)，各微源的輸出電流在1.2 s之前處于振蕩狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定之后最終也不能夠達(dá)到收斂。

圖8 通信延時(shí)為0.4 s時(shí)微源電流波形Fig.8 Micro-sources current and voltage waveform when communication delay is 0.4 s

因此，雙母線結(jié)構(gòu)的分組一致性控制策略只有當(dāng)通信延時(shí)滿足式(8)時(shí)，系統(tǒng)才能夠達(dá)到平均分組一致性。

4.3 子網(wǎng)間通信故障分析

微電網(wǎng)各子網(wǎng)內(nèi)發(fā)生通信故障時(shí)的分析在文獻(xiàn)[28]中已經(jīng)進(jìn)行具體闡述。本文對(duì)雙母線結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)的子網(wǎng)間通信發(fā)生故障的情況進(jìn)行分析。當(dāng)如6所示的通信拓?fù)渲懈叩蛪鹤泳W(wǎng)間的通信線路全部故障時(shí)，直流微網(wǎng)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變?yōu)榱藘刹糠?。該仿真分析在該極端工況下，直流微網(wǎng)中各微源電壓和電流的變化情況。圖9為通信延時(shí)為0.39 s時(shí)，子網(wǎng)間發(fā)生通信故障時(shí)的電流和電壓變化波形圖。

由于此時(shí)兩子網(wǎng)間通信發(fā)生故障，兩子網(wǎng)只能獲得各自子網(wǎng)內(nèi)微源的信息，在相同通信延時(shí)下，會(huì)影響微源達(dá)到一致性的時(shí)間。圖10(a)中高壓和低壓子網(wǎng)中電流達(dá)到收斂的時(shí)間分別為1.12 s和1.15 s，均大于通信正常時(shí)微網(wǎng)電流達(dá)到分組平均一致性的1.08 s。圖10(b)中高壓和低壓子網(wǎng)中電壓再次恢復(fù)到額定電壓的時(shí)間分別為1.28 s和1.32 s，也大于通信正常時(shí)的恢復(fù)時(shí)間。

圖9 子網(wǎng)間發(fā)生通信故障時(shí)微源電流和電壓波形Fig.9 Micro-sources current and voltage waveform when communication failure occurs between sub-nets

因此當(dāng)子網(wǎng)間通信發(fā)生故障時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)達(dá)到收斂的時(shí)間增長(zhǎng)，且兩子網(wǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間不相同，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4.4 系統(tǒng)負(fù)荷擾動(dòng)分析

由于分布式系統(tǒng)存在間歇性和波動(dòng)性，微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中系統(tǒng)功率也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，本文對(duì)雙母線直流微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷變化的情況進(jìn)行研究。當(dāng)微電網(wǎng)高壓和低壓子網(wǎng)間通信正常，且系統(tǒng)的通信延時(shí)為0.39 s時(shí)，負(fù)荷Load1和Load3在0到3 s內(nèi)均接入系統(tǒng)。在2 s時(shí)，負(fù)荷Load2和Load4接入微電網(wǎng)，負(fù)荷變化時(shí)，直流微電網(wǎng)的電流和電壓的波形圖如圖10所示。

圖10(a)為系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)的電流波形圖，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷突變時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)微源之間先按下垂特性增發(fā)功率，然后相互通信，調(diào)整各自的下垂系數(shù)，高壓和低壓子網(wǎng)內(nèi)的微源均在2.05 s時(shí)達(dá)到收斂。圖10(b)為系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)的電壓波形圖，兩子網(wǎng)電壓在2.15 s時(shí)恢復(fù)到額定水平。因此該控制策略能夠有效的應(yīng)對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷變化的情況。

圖10 系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)微源電流和電壓波形Fig.10 Micro-sources current and voltage waveform when load changes

4.5 觀測(cè)器擾動(dòng)分析

微電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，各微源的電壓和電流觀測(cè)器可能會(huì)受到擾動(dòng)，從而影響一致性算法的控制效果。在3 s時(shí)，微電網(wǎng)中分別對(duì)位于MGH1和MGL1上的電壓觀測(cè)器分別受到1 V和0.3 V階躍信號(hào)的干擾，圖11(a)和(b)分別對(duì)應(yīng)電壓觀測(cè)器受到干擾后，微電網(wǎng)中各微源電流和電壓的波形圖。

由于抗干擾觀測(cè)器的調(diào)節(jié)，圖11(a)中高壓和低壓子網(wǎng)中電流于3.1 s再次達(dá)到收斂，實(shí)現(xiàn)平均分組一致性。而圖11(b)中各微源的電壓于3.15 s再次收斂于電壓的額定值。

圖11 觀測(cè)器受到干擾時(shí)微源電流和電壓波形Fig.11 Micro-sources current and voltage waveform when the observer is disturbed

5 結(jié) 論

本文提出了一種考慮通信延遲的多母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)一致性控制策略，通過(guò)理論推導(dǎo)，得出微電網(wǎng)電壓電流達(dá)到平均分組一致性所能承受的最大通信延時(shí)，并通過(guò)MATLAB/ Simulink仿真對(duì)理論做出驗(yàn)證。

進(jìn)行一致性迭代時(shí)可能存在電壓或電流觀測(cè)器所觀測(cè)到的數(shù)值受到干擾的情況，從而影響一致性算法的收斂精度。該控制策略加入了抗干擾觀測(cè)器，能夠有效提高系統(tǒng)內(nèi)各子網(wǎng)電壓的收斂精度。

本文根據(jù)一致性算法得出的電壓和電流，動(dòng)態(tài)地調(diào)整下垂系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)的功率精分和母線電壓穩(wěn)定。并且不同母線上的微源能夠?qū)崿F(xiàn)功率的交換，提高了整體系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性。