柔性互聯(lián)直流微網(wǎng)群一致性協(xié)調(diào)控制

林其友，袁 瑤，陳亮亮*，黃 晟，舒曉欣

(1.國網(wǎng)蕪湖供電公司，蕪湖 241027；2.南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院，南昌 330063)

微電網(wǎng)作為未來智能配電系統(tǒng)的重要組成部分，可將分布式能源、儲能設(shè)備、負荷等有機整合，提高整個系統(tǒng)的可靠性和靈活性，對推進節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1-3]。國際電工委員會在《2010—2030應(yīng)對能源挑戰(zhàn)白皮書》中明確將微電網(wǎng)技術(shù)列為未來能源鏈的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。國家能源局通過《關(guān)于推進新能源微電網(wǎng)示范項目建設(shè)的指導(dǎo)意見》《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃(2015—2020 年)的通知》等文件，明確了發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)的重要意義[5]。

隨著光伏等直流特性分布式可再生能源滲透率的提高，以及電動汽車充換電站、數(shù)據(jù)中心及通信設(shè)備等直流負荷的增加，基于柔性直流技術(shù)的直流微電網(wǎng)得到了極大關(guān)注[6-8]。相比交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)可高效靈活接納直流特性的分布式可再生電源及直流負荷，減少中間交直流變換環(huán)節(jié)，節(jié)約成本，減小損耗，同時不存在無功功率、頻率穩(wěn)定等問題，控制結(jié)構(gòu)相對簡單[9-10]。當多個直流微網(wǎng)鄰近時，可進一步互聯(lián)形成一直流微網(wǎng)集群[11-12]。相比獨立運行的直流微電網(wǎng)，直流微網(wǎng)集群可通過協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)子微網(wǎng)間功率相互支撐，提高子微網(wǎng)隨機性、間歇性可再生能源的接納能力，增強子微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動等緊急工況時的動態(tài)穩(wěn)定性及可靠性[13-14]。

直流微網(wǎng)間可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)或隔離雙向DC-DC(direct current-direct current)換流器實現(xiàn)互聯(lián)。聯(lián)絡(luò)開關(guān)成本低，損耗小，但只能用于連接相同電壓等級的子微網(wǎng)，且無法實現(xiàn)互聯(lián)功率靈活控制。隔離雙向DC-DC換流器可用于互聯(lián)不同電壓等級直流微網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)功率靈活控制，有效實現(xiàn)電氣隔離，提高供電可靠性[15-16]。

如何設(shè)計有效的控制策略實現(xiàn)多子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)控制及功率互濟，對于直流微網(wǎng)集群系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行十分重要，這也是本文研究的主要目的。文獻[17]研究了目前針對船舶直流微電網(wǎng)的分層控制方法，但所述方法僅僅針對單一直流微網(wǎng)，無法適用于多子網(wǎng)集群系統(tǒng)。文獻[18]設(shè)計了多微網(wǎng)系統(tǒng)串、并聯(lián)不同結(jié)構(gòu)的兩級分層控制，依據(jù)多微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率命令，通過微網(wǎng)中央控制器實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，然而所提控制方法針對的是多交流微網(wǎng)集群系統(tǒng)，交流微網(wǎng)間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)互聯(lián)，難以適用于直流微網(wǎng)集群系統(tǒng)。文獻[19]針對交直流混合微電網(wǎng)，提出一種分布式一致性控制方法，通過鄰接智能體通信，對微電網(wǎng)群內(nèi)各分布式設(shè)備實現(xiàn)就地分布式控制，節(jié)省通信時間，快速平抑并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動，但所研究的交直流混合微電網(wǎng)沒有包含隔離性雙向DC-DC換流器，且所提控制策略仍須依賴通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的可靠性較低。文獻[20]將一致性理論用于實現(xiàn)柔性直流互聯(lián)孤島微網(wǎng)群系統(tǒng)的分布式頻率協(xié)同控制，實現(xiàn)各微網(wǎng)備用容量的合理分配，但所提方法針對的是多交流微網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)，而非多直流微網(wǎng)集群，且仍需通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交互。文獻[21]提出一種基于自適應(yīng)下垂控制的直流微電網(wǎng)集群直分層協(xié)調(diào)控制策略，既滿足各微網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定運行，又可實現(xiàn)各微網(wǎng)間能量互濟，但所提方法須依賴通信系統(tǒng)實時測量、搜集子微網(wǎng)信息傳遞給微網(wǎng)中央控制器，再由中央控制器下發(fā)控制指令，因此對通信系統(tǒng)依賴性較強，通信延時及通信故障等均會危機系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，降低系統(tǒng)可靠性。

針對上述問題，對基于隔離雙向DC-DC換流器柔性互聯(lián)的直流微電網(wǎng)集群，提出一種不依賴通信系統(tǒng)的一致性協(xié)調(diào)式控制策略，在互聯(lián)裝置常規(guī)定功率基礎(chǔ)上添加一致性控制環(huán)節(jié)，使得互聯(lián)裝置自動響應(yīng)任意直流微網(wǎng)母線電壓變化，進而自適應(yīng)調(diào)整互聯(lián)裝置輸出功率，無論哪一直流微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動，可間接實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有平衡單元聯(lián)動，為受擾微電網(wǎng)提供緊急功率支撐，改善受擾微網(wǎng)直流電壓動態(tài)特性，減小受擾電網(wǎng)直流電壓穩(wěn)態(tài)偏差，且擾動功率由全系統(tǒng)平衡單元依據(jù)其等效功率分配系數(shù)比合理承擔(dān)，使得微網(wǎng)集群形成一有機整體。此外，所提控制策略僅僅利用就地測量信息，無需子系統(tǒng)間相互通信，可靠性高，并且具有良好的可移植性，便于現(xiàn)有控制系統(tǒng)引入和改造。

1 柔性互聯(lián)直流微網(wǎng)群拓撲及運行控制目標

1.1 系統(tǒng)拓撲

所用基于柔性直流互聯(lián)的直流微電網(wǎng)集群結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含兩個直流微電網(wǎng)，通過互聯(lián)裝置實現(xiàn)兩直流微網(wǎng)柔性互聯(lián)。按照實現(xiàn)控制功能，可將每個直流微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備分為兩類:一類用于維持直流微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定以及功率平衡，稱之為平衡單元，一般采用下垂控制；另一類稱之為功率單元，泛指采用定功率控制的電力電子裝置，直流負荷以及具有恒功率運行特性的新能源等。udc1和udc2分別為直流微電網(wǎng)#1和#2的直流母線電壓；Ps1和Pp1分別為直流微電網(wǎng)#1平衡單元及功率單元注入直流母線的功率；Ps2和Pp2分別為直流微電網(wǎng)#2平衡單元及功率單元注入直流母線的功率；各個微電網(wǎng)內(nèi)平衡單元及功率單元功率均以流向其相應(yīng)直流母線為正。PIC表示互聯(lián)裝置輸出功率，由微電網(wǎng)#1流向微電網(wǎng)#2為正。

1.2 運行控制目標

在圖1所示基于柔性直流互聯(lián)的直流微電網(wǎng)集群中，當互聯(lián)裝置采用常規(guī)定有功控制策略時，任意直流微網(wǎng)發(fā)生功率擾動，互聯(lián)裝置輸出功率為定值，互聯(lián)微電網(wǎng)無法為其提供緊急功率支撐，因此受擾功率將由受擾微網(wǎng)內(nèi)平衡單元獨立承擔(dān)，會造成受擾電網(wǎng)較大的直流電壓偏差，威脅受擾電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行。為此，提出了適用于基于柔性直流互聯(lián)的直流微電網(wǎng)集群的一致性協(xié)調(diào)控制策略，期望實現(xiàn)如下主要目標。

(1)無論哪一直流微電網(wǎng)發(fā)生功率擾動，互聯(lián)裝置可對受擾電網(wǎng)自動響應(yīng)，靈活調(diào)整互聯(lián)裝置傳輸功率，間接實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有平衡單元聯(lián)動，為受擾微電網(wǎng)提供緊急功率支撐，減小受擾微電網(wǎng)直流電壓穩(wěn)態(tài)偏差，且擾動功率由全系統(tǒng)平衡單元合理承擔(dān)，使得微網(wǎng)集群系統(tǒng)形成一有機整體。

(2)所提控制策略僅僅依賴就地測量信息，無需通信，提高系統(tǒng)可靠性，且具有良好的可移植性，便于在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入和改造。

2 一致性協(xié)調(diào)控制

針對如圖1所示基于柔性互聯(lián)的直流微電網(wǎng)群系統(tǒng)，從系統(tǒng)全局把握，充分考慮各直流微網(wǎng)內(nèi)平衡單元、功率單元以及互聯(lián)裝置的運行特性，提出一種系統(tǒng)級一致性協(xié)調(diào)控制方法，具體包含直流微網(wǎng)平衡單元、功率單元及互聯(lián)裝置控制。值得指出的是，本文旨在研究直流微網(wǎng)集群系統(tǒng)級控制策略，且為便于后文詳細描述，各個直流微網(wǎng)分別由一個平衡單元和一個功率單元組成，且每個平衡單元以及功率單元分別由恒定直流電壓源以及雙向buck-boost換流器構(gòu)成。其中，各直流微電網(wǎng)中功率單元采用恒功率控制策略，通過在線調(diào)整其功率參考模擬可再生能源或直流負荷波動。接下來將分別論述針對直流微電網(wǎng)內(nèi)平衡單元、功率單元以及互聯(lián)裝置的控制策略。

2.1 平衡單元控制策略

直流微電網(wǎng)#i(i=1，2)內(nèi)平衡單元拓撲及其控制策略如圖2所示。平衡單元采用經(jīng)典的下垂雙環(huán)控制策略，由下垂控制和電壓/電流控制環(huán)節(jié)組成[22]。平衡單元由恒定直流電壓源及雙向buck-boost換流器組成。usi和iLsi分別為恒定直流源電壓和電感電流，Lsi為直流源側(cè)電感，Csi為直流母線側(cè)電容。平衡單元控制系統(tǒng)包含下垂控制以及電壓/電流雙環(huán)控制環(huán)節(jié)構(gòu)成。下垂控制環(huán)節(jié)表達式為

圖2 平衡單元拓撲及其控制策略

urefi=useti-Psi/Rdi

(1)

式(1)中：useti和Psi分別表示直流微電網(wǎng)#i母線電壓設(shè)定值及平衡單元輸出功率；urefi和Rdi分別為下垂控制環(huán)節(jié)直流電壓輸出參考及下垂系數(shù)。

電壓/電流控制環(huán)節(jié)中，電流內(nèi)環(huán)用于實現(xiàn)電流快速跟蹤，外環(huán)用于實現(xiàn)直流電壓穩(wěn)定控制。由于PI控制器穩(wěn)定可靠，便于參數(shù)整定，廣泛用于實際微電網(wǎng)系統(tǒng)，因此電壓/電流控制通常采用PI控制器，具體表達式為

(2)

式(2)中：s是復(fù)變量；Gui(s)表示直流電壓控制器；kpui和kiui分別為直流電壓控制器Gui(s)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；isrefi為直流電壓控制器Gui(s)輸出電流參考，Gii(s)表示電流內(nèi)環(huán)控制器；kpii和kiii分別表示電流內(nèi)環(huán)控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；dsi為電流內(nèi)環(huán)控制器Gii(s)輸出占空比。

2.2 功率單元控制策略

直流微電網(wǎng)#i內(nèi)功率單元拓撲及其控制策略如圖3所示。平衡單元由恒定直流電壓源以及雙向buck-boost 換流器構(gòu)成。upi和iLpi分別為恒定直流源電壓和電感電流；Lpi為直流源側(cè)電感；Cpi為直流母線側(cè)電容。功率單元采用定有功功率控制策略，首先通過數(shù)學(xué)運算將有功功率設(shè)定值Pseti轉(zhuǎn)化為內(nèi)環(huán)電流參考值iprefi，進而通過內(nèi)環(huán)電流PI控制實現(xiàn)電流快速跟蹤控制，具體數(shù)學(xué)表達式為

圖3 直流微電網(wǎng)中功率單元拓撲及其控制策略

(3)

式(3)中：iprefi為內(nèi)環(huán)電流參考；Pseti為功率設(shè)定值；upi為恒定直流源電壓；Gpi(s)表示功率控制器；kppi和kipi分別為功率控制器Gpi(s)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；dpi為功率控制器Gpi(s)輸出占空比。

2.3 互聯(lián)裝置控制策略

互聯(lián)裝置的控制策略是實現(xiàn)1.2節(jié)直流微電網(wǎng)群一致性協(xié)調(diào)控制目標的關(guān)鍵?；谇拔乃鲋绷魑㈦娋W(wǎng)群中平衡單元下垂特性，提出一種新穎的互聯(lián)裝置控制方法，具體拓撲及控制如圖4所示。

圖4 互聯(lián)裝置拓撲及其控制策略

互聯(lián)裝置采用隔離雙向DC-DC換流器，主要由兩個全橋變換器、兩個直流電容C1和C2、一個儲能電感L和一個高頻隔離變壓器T組成。高頻隔離變壓器T可有效實現(xiàn)互聯(lián)的子系統(tǒng)間電氣隔離及電壓匹配，電感L用于瞬時能量儲存，n為高頻隔離變壓器T變比，由互聯(lián)微電網(wǎng)電壓等級決定。

互聯(lián)裝置采用常規(guī)定功率控制時，其控制系統(tǒng)僅包含圖4中內(nèi)環(huán)移相控制環(huán)節(jié)，將互聯(lián)裝置傳輸功率設(shè)定值PICset作為移相控制參考輸入，通常采用PI控制器實現(xiàn)定有功功率控制。因此，當任意直流微網(wǎng)發(fā)生功率擾動時，互聯(lián)裝置功率輸出恒定為參考值PICset，無法為受擾微網(wǎng)提供功率支撐。為使互聯(lián)裝置可根據(jù)直流微網(wǎng)運行狀態(tài)靈活調(diào)整其功率輸出，本文在互聯(lián)裝置移相控制基礎(chǔ)上引入一致性控制環(huán)節(jié)，此時互聯(lián)裝置完整控制策略表述為

(4)

式(4)中：Udc1B和Udc2B分別為直流微電網(wǎng)#1和#2的額定直流母線電壓；Gcon(s)表示互聯(lián)裝置一致性控制器；PIC為互聯(lián)裝置實際傳輸功率；Gic(s)表示移相控制器；dic為移相控制器Gic(s)輸出占空比。一致性控制器Gcon(s)和移相控制器Gic(s)具體表達式為

(5)

式(5)中：kpcon和kicon分別為一致性控制器Gcon(s)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；kpic和kiic分別為移相控制器Gic(s)的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

由圖4可知，所提互聯(lián)裝置控制策略，在定有功控制環(huán)節(jié)(移相控制)基礎(chǔ)上添加了一致性控制環(huán)節(jié)，利用互聯(lián)兩直流微網(wǎng)的直流電壓作為參考輸入，因此使得互聯(lián)裝置可對互聯(lián)兩直流微電網(wǎng)直流電壓波動做出響應(yīng)，靈活調(diào)整互聯(lián)功率參考值，進而為受擾電網(wǎng)提供緊急功率支撐。

3 原理分析

互聯(lián)裝置通過本文所提控制策略實現(xiàn)互聯(lián)兩直流微電網(wǎng)直流電壓耦合，使得兩直流電網(wǎng)形成一有機整體，進而可通過互聯(lián)裝置為受擾電網(wǎng)提供緊急功率支撐，實現(xiàn)全系統(tǒng)一致性協(xié)調(diào)控制。由于不同直流微電網(wǎng)受擾時，互聯(lián)裝置的響應(yīng)可能不同，其控制效果可能存在差異。因此，接下來將分別針對直流微電網(wǎng)#1和#2發(fā)生功率擾動，分析本文所提一致性協(xié)調(diào)控制策略的工作原理。

3.1 場景一:直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動

以直流微電網(wǎng)#1功率單元輸出功率增加ΔPp1為例進行分析。當互聯(lián)裝置采用常規(guī)定功率控制(即ΔPIC=0)時，直流微電網(wǎng)#1擾動功率將由直流微網(wǎng)#1平衡單元全部承擔(dān)，依據(jù)圖2所示平衡單元下垂特性可知，直流微電網(wǎng)#1平衡單元輸出功率增量以及母線直流電壓穩(wěn)態(tài)增量為

(6)

當采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時，由于直流微電網(wǎng)#1功率單元輸出功率增加ΔPp1導(dǎo)致直流微網(wǎng)#1母線電壓udc1升高，由圖4可知，由于一致性控制環(huán)節(jié)PI控制器作用，直流微網(wǎng)#2母線電壓udc2也將升高，且由式(4)可知，互聯(lián)裝置內(nèi)環(huán)功率參考值PICref將增大，進而導(dǎo)致互聯(lián)裝置流入直流微網(wǎng)#2的有功功率增加，避免因直流微網(wǎng)#1功率增加引起的直流電壓過高。

假定直流微網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動前，兩直流微電網(wǎng)母線電壓均穩(wěn)定在額定電壓，直流微電網(wǎng)#1功率單元輸出功率增加ΔPp1后，由于互聯(lián)裝置一致性控制作用，兩直流微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)態(tài)偏差將滿足

Δudc1/Udc1B=Δudc2/Udc2B

(7)

由圖1及式(1)、式(2)可得，兩直流微網(wǎng)母線電壓偏差分別滿足關(guān)系

(8)

結(jié)合式(7)及式(8)，兩直流微網(wǎng)母線電壓變化量以及互聯(lián)裝置傳輸功率變化量分別為

(9)

式(9)中：k1和k2分別為直流微電網(wǎng)#1和#2的等效功率分配系數(shù)，具體形式為

(10)

兩直流微電網(wǎng)內(nèi)平衡單元輸出功率增量為

(11)

對比式(6)和式(9)可知，當直流微電網(wǎng)#1功率單元輸出功率增加ΔPp1時，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制方法，互聯(lián)裝置可對直流微網(wǎng)#1電壓波動做出響應(yīng)，靈活調(diào)整互聯(lián)裝置輸出功率，為受擾微網(wǎng)#1提供緊急功率支撐，減小直流微網(wǎng)#1直流電壓偏差。此外，由式(11)可知，直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動時，互聯(lián)裝置輸出功率變化量與直流微電網(wǎng)#2內(nèi)平衡單元輸出功率變化量相同，且兩直流微網(wǎng)平衡單元將按照其等效功率分配系數(shù)比(k1∶k2)合理承擔(dān)擾動功率。

3.2 場景二:直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動

以直流微電網(wǎng)#2功率單元輸出功率增加ΔPp2為例進行分析。當互聯(lián)裝置采用常規(guī)定功率控制(即ΔPIC=0)時，直流微電網(wǎng)#2擾動功率將由直流微網(wǎng)#2平衡單元全部承擔(dān)，依據(jù)圖2所示平衡單元下垂特性可知，直流微電網(wǎng)#2平衡單元輸出功率增量以及母線直流電壓穩(wěn)態(tài)增量為

(12)

當采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時，由于直流微電網(wǎng)#2功率單元輸出功率增加ΔPp2為導(dǎo)致直流微網(wǎng)#2母線電壓udc2升高，由圖4可知，由于一致性控制環(huán)節(jié)PI控制器作用，直流微網(wǎng)#1母線電壓udc1也將升高，且由式(4)可知，互聯(lián)裝置內(nèi)環(huán)功率參考值PICref將減小，進而使得互聯(lián)裝置流入直流微網(wǎng)#2的有功功率減小，避免因直流微網(wǎng)#2功率增加引起的母線直流電壓過高。此時，由于互聯(lián)裝置一致性控制作用，兩直流微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)態(tài)偏差將滿足式(7)。兩直流微網(wǎng)母線電壓變化量以及互聯(lián)裝置傳輸功率變化量可進一步表示為

(13)

直流微電網(wǎng)#2功率單元輸出功率變化后，兩直流微電網(wǎng)內(nèi)平衡單元輸出功率增量分別為

(14)

對比式(12)和式(13)可知，當直流微電網(wǎng)#2功率單元輸出功率增加時，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制方法，互聯(lián)裝置可對直流微網(wǎng)#2電壓波動做出響應(yīng)，靈活調(diào)整互聯(lián)裝置輸出功率，為受擾微網(wǎng)#2提供緊急功率支撐，減小直流微網(wǎng)#2直流電壓偏差。此外，由式(14)可知，直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動時，互聯(lián)裝置輸出功率變化量與直流微電網(wǎng)#1內(nèi)平衡單元輸出功率變化量相同，且兩直流微網(wǎng)平衡單元將按照其等效功率分配系數(shù)比(k1∶k2)合理承擔(dān)擾動功率。

綜上可知，兩直流微網(wǎng)中平衡單元等效功率分配系數(shù)不同，當不同微電網(wǎng)發(fā)生擾動時，互聯(lián)裝置輸出功率響應(yīng)及變化量可能不同。例如，當直流微電網(wǎng)#1內(nèi)功率增加時，則希望增加互聯(lián)裝置流出直流微電網(wǎng)#1的功率，避免直流微電網(wǎng)#1母線電壓過高；而當直流微電網(wǎng)#2內(nèi)功率增加時，則希望增加互聯(lián)裝置流出直流微電網(wǎng)#2的功率，避免直流微電網(wǎng)#2母線電壓過高。因此不同微電網(wǎng)發(fā)生擾動可能導(dǎo)致互聯(lián)裝置功率響應(yīng)存在差異，系統(tǒng)的控制效果可能不同。

4 仿真驗證

4.1 仿真系統(tǒng)

為驗證所提直流微電網(wǎng)群一致性協(xié)調(diào)控制方法的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建了圖1所示基于柔性互聯(lián)的直流微電網(wǎng)群仿真模型。兩直流微電網(wǎng)及互聯(lián)裝置的主要參數(shù)分別如表1、表2所示。接下來分別在直流微電網(wǎng)#1、#2以及兩直流微電網(wǎng)等效功率分配系數(shù)比為2∶1三種工況分別驗證所提控制策略的有效性。

表1 直流微電網(wǎng)#1參數(shù)

表2 互聯(lián)裝置參數(shù)

4.2 工況I:直流微網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動

此工況用于驗證當直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動時，本文所提一致性協(xié)調(diào)控制的有效性。為模擬直流微電網(wǎng)#1負荷擾動，第8秒，直流微電網(wǎng)#1功率單元功率由100 kW減小到40 kW。采用常規(guī)控制及本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時系統(tǒng)仿真結(jié)果分別如圖5和圖6所示。

圖5 采用常規(guī)控制直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動仿真結(jié)果

由圖5可知，采用常規(guī)控制策略時，當直流微電網(wǎng)#1發(fā)生負荷擾動，互聯(lián)裝置傳輸功率維持在其額定傳輸功率100 kW，直流微電網(wǎng)#1直流母線電壓波動變化量最大約為13 V，穩(wěn)態(tài)電壓變化量約為9 V，直流微電網(wǎng)#2不受微電網(wǎng)#2負荷擾動的影響，直流母線電壓仍然維持在750 V。由此可知，采用常規(guī)控制策略，直流微電網(wǎng)#1發(fā)生負荷擾動后，互聯(lián)裝置將對其不做出響應(yīng)，其直流傳輸功率仍然維持在額定值，負荷擾動變化量全部由受擾微電網(wǎng)#1全部承擔(dān)，導(dǎo)致其直流母線電壓動態(tài)波動及穩(wěn)態(tài)偏差較大。

如圖6所示，當采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時，直流微電網(wǎng)#1發(fā)生負荷擾動后，互聯(lián)裝置傳輸功率減小約30 kW，直流微電網(wǎng)#1直流母線電壓波動最大變化量及穩(wěn)態(tài)變化量分別約為8 V和4.5 V，相比采用常規(guī)控制策略，直流微電網(wǎng)#1直流母線電壓波動最大變化量及穩(wěn)態(tài)變化量分別減小約5 V和4.5 V，且由于兩直流微電網(wǎng)等效功率分配系數(shù)比為1∶1，兩直流微電網(wǎng)中平衡單元輸出功率分別增加30 kW。

圖6 采用一致性協(xié)調(diào)控制直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動時仿真結(jié)果

由上可知，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制，當直流微電網(wǎng)#1發(fā)生負荷擾動后，在無需通信的情況下，互聯(lián)裝置可對受擾微電網(wǎng)母線電壓自動做出響應(yīng)，為其提供緊急功率支撐，兩互聯(lián)直流微電網(wǎng)形成一有機整體，共同承擔(dān)負荷擾動增量，且兩微電網(wǎng)中平衡單元按照其等效功率分配系數(shù)比合理承擔(dān)負荷擾動，仿真結(jié)果與前文理論分析一致。

4.3 工況II:直流微網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動

此工況用于驗證當直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動時，本文所提一致性協(xié)調(diào)控制的有效性。為模擬直流微電網(wǎng)#2負荷擾動，第8秒，直流微電網(wǎng)#2功率單元功率由-100 kW變化為-60 kW。采用常規(guī)控制及本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時系統(tǒng)仿真結(jié)果分別如圖7和圖8所示。

圖7 采用常規(guī)控制直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動仿真結(jié)果

圖8 采用一致性協(xié)調(diào)控制直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動時仿真結(jié)果

由圖7可知，采用常規(guī)控制策略時，當直流微電網(wǎng)#1發(fā)生負荷擾動，互聯(lián)裝置傳輸功率維持在其額定傳輸功率100 kW，直流微電網(wǎng)#2直流母線電壓波動變化量最大約為11 V，穩(wěn)態(tài)電壓變化量約為6 V，直流微電網(wǎng)#1不受微電網(wǎng)#2負荷擾動的影響，直流母線電壓仍然維持在750 V。由此可知，采用常規(guī)控制策略，直流微電網(wǎng)#2發(fā)生負荷擾動后，互聯(lián)裝置將對其不做相應(yīng)，其直流傳輸功率仍然維持在額定值，負荷擾動變化量全部由受擾微電網(wǎng)#2全部承擔(dān)，導(dǎo)致其直流母線電壓動態(tài)波動及穩(wěn)態(tài)偏差較大。

由圖8可知，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制時，直流微電網(wǎng)#2發(fā)生負荷擾動后，互聯(lián)裝置傳輸功率減小約20 kW，直流微電網(wǎng)#2直流母線電壓波動最大變化量及穩(wěn)態(tài)變化量分別約為7.5 V和3 V，相比采用常規(guī)控制策略，直流微電網(wǎng)#2直流母線電壓波動最大變化量及穩(wěn)態(tài)變化量分別減小約3.5 V和3 V，且由于兩直流微電網(wǎng)等效功率分配系數(shù)比為1∶1，兩直流微電網(wǎng)中平衡單元輸出功率分別減小20 kW。

由上可知，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制，當直流微電網(wǎng)#2發(fā)生負荷擾動后，在無需通信的情況下，互聯(lián)裝置可對受擾微電網(wǎng)母線電壓自動做出響應(yīng)，為其提供緊急功率支撐，兩互聯(lián)直流微電網(wǎng)形成一有機整體，共同承擔(dān)負荷擾動增量，且兩微電網(wǎng)中平衡單元按照其等效功率分配系數(shù)比合理承擔(dān)負荷擾動，仿真結(jié)果與前文理論分析一致。

4.4 工況III:等效功率分配系數(shù)比為2∶1

此工況用于驗證當兩直流微電網(wǎng)平衡單元等效下垂系數(shù)比為2∶1時，本文所提一致性協(xié)調(diào)控制策略的有效性。第8秒兩直流微電網(wǎng)發(fā)生負荷擾動后的仿真結(jié)果分別如圖9和圖10所示。其中，直流微電網(wǎng)#1功率單元功率由100 kW減小到60 kW，直流微電網(wǎng)#2功率單元功率由-100 kW變化為-60 kW。

圖9 等效功率分配系數(shù)比為2∶1時直流微電網(wǎng)#1發(fā)生功率擾動結(jié)果

圖10 等效功率分配系數(shù)比為2∶1時直流微電網(wǎng)#2發(fā)生功率擾動結(jié)果

由圖9和圖10可知，無論直流微電網(wǎng)#1還是直流微電網(wǎng)#2發(fā)生負荷擾動，采用本文所提一致性協(xié)調(diào)控制策略，互聯(lián)裝置均能對受擾微電網(wǎng)提供緊急功率支撐，且兩直流電網(wǎng)中平衡單元將按照其等效功率分配系數(shù)比(2∶1)合理承擔(dān)負荷擾動，改善受擾微電網(wǎng)母線電壓動態(tài)，減小受擾微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)態(tài)偏差，仿真結(jié)果與前文理論分析一致。

5 結(jié)論

針對基于柔性互聯(lián)的直流微網(wǎng)群，提出一種僅僅利用就地測量信息的一致性協(xié)調(diào)式控制策略，互聯(lián)裝置可根據(jù)互聯(lián)直流微電網(wǎng)母線電壓動態(tài)靈活調(diào)整其輸出功率，間接實現(xiàn)全系統(tǒng)內(nèi)所有平衡單元聯(lián)動，對擾動功率做出響應(yīng)，為受擾微網(wǎng)提供緊急功率支撐，改善受擾電網(wǎng)母線電壓動態(tài)及穩(wěn)態(tài)特性，且擾動功率依據(jù)各微網(wǎng)等效功率分配系數(shù)比進行合理承擔(dān)，使得微網(wǎng)集群形成一有機整體。最后通過PSCAD/EMTDC仿真驗證了所提控制策略的有效性。