直流微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

竇真蘭 張春雁 楊海濤

1.國網(wǎng)上海綜合能源服務(wù)有限公司

2.國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司

0 引言

日前，能源需求的日益增長，使得城市電網(wǎng)系統(tǒng)中的負(fù)荷不斷加重，對供電的可靠性與穩(wěn)定性要求。作為消納分布式能源最高效的方式之一，當(dāng)發(fā)生大面積斷電的情況時，能夠在孤島運行的微網(wǎng)可以發(fā)揮出巨大作用，同時微網(wǎng)能夠更合理地利用自然資源，可以保障環(huán)保經(jīng)濟的能源供應(yīng)，由此針對微電網(wǎng)的相關(guān)研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1 概念

微網(wǎng)的定義最早是由CERTS提出，微網(wǎng)可以看作是由分布式電源、儲能系統(tǒng)、變流器、保護裝置和負(fù)載組成的發(fā)配電系統(tǒng)［1-4］。微電網(wǎng)以可再生的清潔能源發(fā)電為主，與各種其它類型能源兼顧，有效緩解了傳統(tǒng)分布式可再生能源接入電網(wǎng)的困難，進而提升了資源效率。同時，在電網(wǎng)供電發(fā)生異常時，微電網(wǎng)作為補充接入電網(wǎng)，可以保證用戶供電的可靠性。

微電網(wǎng)包括交流微電網(wǎng)以及直流微電網(wǎng)兩類。交流微電網(wǎng)主要采用交流設(shè)備，兼容交流負(fù)荷，具有相當(dāng)成熟的保護裝置［5-7］。由于光伏等直流類型能源以及電動汽車等直流用電裝置的使用率提高，越來越多的學(xué)者把目光投向了直流微電網(wǎng)。由于缺少交直交變換的中間環(huán)節(jié)，直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，直流負(fù)荷供能更加靈活，減少電量損耗和成本，且不存在頻率穩(wěn)定性等問題。

孤島和并聯(lián)是微電網(wǎng)的兩種工作狀態(tài)，利用合適的控制方式，可以使其在這兩種狀態(tài)間平滑切換［8］。在大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，切換至孤島狀態(tài)，為內(nèi)部負(fù)荷穩(wěn)定供電；在日常使用時可以切換至并網(wǎng)狀態(tài)，將運行時儲存的電能反饋給大電網(wǎng)，起到削峰填谷的作用。但將微電網(wǎng)切換為并網(wǎng)狀態(tài)時會對大電網(wǎng)帶來如閃變、諧波、短路電流增大、直流注入等問題，因此在切換為并網(wǎng)狀態(tài)時，應(yīng)選擇合適的方式，從而減少對電網(wǎng)系統(tǒng)的安全隱患，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

對偏遠(yuǎn)地區(qū)來說，大電網(wǎng)的投資規(guī)模較大且可靠性也較低［9-11］。在地質(zhì)較復(fù)雜的地區(qū)甚難架設(shè)供電系統(tǒng)，同時要建立相當(dāng)規(guī)模的、龐大的集中式供配電網(wǎng)需很大的投入，而這些地區(qū)本身不會消納過多的電能，投資效益很低。在上述區(qū)域應(yīng)用微電網(wǎng)技術(shù)時，可克服大電網(wǎng)內(nèi)集中式供電的局限，實現(xiàn)穩(wěn)定供電。另外，配電網(wǎng)內(nèi)的一些敏感用戶對電力品質(zhì)和電源穩(wěn)定性的要求很高，這要求配電網(wǎng)不但能夠供應(yīng)高質(zhì)量的電力以符合其特殊設(shè)備要求，還要盡量避免斷電，以實現(xiàn)對重要負(fù)荷不間斷供電的需求。微電網(wǎng)能夠利用先進的電力電子控制技術(shù)改善終端用戶電能質(zhì)量，并且在外部設(shè)備失效時能夠迅速將并網(wǎng)工作狀態(tài)平滑切換到離網(wǎng)工作狀態(tài)，從而確保內(nèi)部敏感負(fù)載的電源供應(yīng)不受影響。

微電網(wǎng)概念最早由美國的CERTS機構(gòu)提出，一經(jīng)提出就受到了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。美國在微電網(wǎng)領(lǐng)域的探索和研究應(yīng)用方面占據(jù)優(yōu)勢，占有全球50%左右的微電網(wǎng)示范項目［12］。歐洲的微電網(wǎng)，主要是利用高功率電子技術(shù)進行并網(wǎng)。2005年，歐洲國家共同發(fā)布了“智能能源網(wǎng)絡(luò)（Smart Power Networks）”計劃，該計劃明確提出了未來歐洲的發(fā)電目標(biāo)，并強調(diào)歐洲的供電需要具有靈活性、高可接入性、安全可靠性和經(jīng)濟性［13］的目標(biāo)。由于能源短缺，日本政府重視可再生能源科技的發(fā)展，目前通過日本政府與高校、企業(yè)以及國家重點實驗室結(jié)合，在微電網(wǎng)的研發(fā)上已獲得了良好的成功。日本把主要的研究集中在了微電網(wǎng)運行中的電能需求、環(huán)保以及資源的合理利用方面。雖然相比于其他國家，我國的微網(wǎng)事業(yè)起步較慢，但隨著國家的大力支持以及推廣，各個高校及企業(yè)的高度重視，我國的微電網(wǎng)事業(yè)正處在高速發(fā)展的階段［14-15］。

現(xiàn)階段微電網(wǎng)容量與規(guī)模較小，分布也比較分散。隨著新能源領(lǐng)域的不斷深入發(fā)展，以及分布式電源（distributed generation，DG）特別是可再生能源發(fā)電滲透率的持續(xù)提升［16-18］，傳統(tǒng)的微電網(wǎng)供電方式將很難充分消納并合理使用大量分散接入的DG［19］。正因如此，微電網(wǎng)的構(gòu)建方式已逐步由單個小型建設(shè)單位向多個微網(wǎng)集群化方向發(fā)展，微網(wǎng)群一方面能克服單一微電網(wǎng)設(shè)計、管理、維護等因素對DG接入規(guī)模的限制，另一方面又可顯著增強微電網(wǎng)運行的靈活性、可靠性與經(jīng)濟性。

2 系統(tǒng)組成

微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)具有多變性，可以根據(jù)各地區(qū)的電源形式以及負(fù)荷分布靈活配置，但都具有同一個特點：因為容量小并且內(nèi)部電壓等級較低，其拓?fù)洳灰诉^長，以避免損耗。典型微網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，直流微電網(wǎng)通過直流母線將分布式能源、儲能裝置（電池、超級電容等）、負(fù)荷以及電網(wǎng)連接在一起，并通過公共耦合點并入配電網(wǎng)。分布式電源通過各自的轉(zhuǎn)換器將一次能源轉(zhuǎn)化為電能，并且通過變流器并入電網(wǎng)，分布式能源一般就近獲取非可再生能源（天然氣、柴油）以及可再生能源（太陽能、風(fēng)能）［20］。

圖1 典型微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

因為微電網(wǎng)的低電壓等級以及較低的系統(tǒng)容量，不需要再連接大功率電力設(shè)備，所以微電網(wǎng)可以適應(yīng)于大部分典型的分布式電源如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等接入。微電網(wǎng)大多是微型設(shè)備，有益于大規(guī)模普及應(yīng)用，實現(xiàn)消納分布式電源的目的。為實現(xiàn)給用戶輸送穩(wěn)定高效的電能［21］，微網(wǎng)通常與中、低壓大電網(wǎng)相連以協(xié)調(diào)多種形式的能源裝置。

3 直流微電網(wǎng)控制技術(shù)

直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運行中最重要的就是它的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式能源、儲能、交直流雙向DC-AC變流器、負(fù)載等主要部件，管理各部分的工作情況與出力，從而保證母線電壓穩(wěn)定，保證系統(tǒng)功率平衡，確保直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運行。因為在直流微電網(wǎng)中所有模塊都是并聯(lián)在直流母線上的，所以每個功率單元的電流分配問題也是直流微電網(wǎng)能量管理中的重點課題。

功率單元電流分配控制方法可分為平均電流控制、主從控制以及下垂控制三種［22-25］，其中下垂控制及其變形被廣泛應(yīng)用于直流微電網(wǎng)中。相比于其它控制技術(shù)，下垂控制即使是在無通信的情況下也可以實現(xiàn)各模塊電流分配的目的，所以更適合于分布式的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)。將下垂控制應(yīng)用于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)可使其具備更高的可靠性并做到即插即用，便于系統(tǒng)的擴容［26-27］。直流微電網(wǎng)下垂控制是將下垂曲線控制加在變換器的電流電壓雙閉環(huán)之外，再采用電流電壓雙閉環(huán)控制，圖2為控制框圖。

圖2 下垂控制框圖

然而在微電網(wǎng)中，采用下垂控制方式的逆變器還面臨著一些弊端和不足，比如受到線路阻抗的影響，微網(wǎng)系統(tǒng)的無功功率不能有效合理分配。當(dāng)?shù)蛪何㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)中，線路的感性與阻性相當(dāng)時，會導(dǎo)致逆變器輸出的有功和無功產(chǎn)生耦合。

為了充分發(fā)揮下垂控制的優(yōu)勢并增加它的適用度，國內(nèi)外學(xué)者對下垂控制策略進行諸多改進。文獻［28］利用微電網(wǎng)線路總阻抗呈阻性的特點，提出反下垂控制，實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦，但是依舊無法對無功功率進行分配，且該種方法不能很好地與傳統(tǒng)同步發(fā)電機兼容。文獻［29-31］通過在微電網(wǎng)中加入中央控制器來獲取各個分布式電源輸出功率及下垂系數(shù)，通過計算得到功率的參考值從而對負(fù)荷進行精準(zhǔn)的功率分配，但是在控制器出現(xiàn)故障時此方法不能使用。文獻［32-33］對下垂控制方程進行了修改，通過反正切函數(shù)在工作點附近增大下垂系數(shù)來提高分配精度，但是線路阻抗的不同會導(dǎo)致工作點的不同，這種方法無法消除分配誤差。文獻［34］采用了基于小波變換法的改進下垂控制，該方法提高了無功功率分配精度，但是需要微電網(wǎng)中分布式電源的高精度同步控制。此外，在不影響系統(tǒng)可靠性的前提下，部分學(xué)者提供了一種運用“虛擬阻抗”來改善系統(tǒng)的功率分配精度的方法。文獻［35-36］中加入阻值不變的虛擬阻抗，改變逆變器等效輸出總阻抗的阻感比，使得有功和無功可以分開進行調(diào)控，無功分配更精準(zhǔn)，但是這種方法需要計算線路阻抗參數(shù)且由于加入的虛擬阻抗阻值過大，會對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。文獻［37］利用反饋無功功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)虛擬阻抗，達(dá)到提高無功功率分配精度的目的。文獻［38］將逆變器輸出的無功功率作為自適應(yīng)虛擬阻抗的調(diào)節(jié)量，而沒有使用無功下垂方程，但是仍然無法消除功率分配誤差。文獻［39］將二級控制得到的無功功率的參考值與實際值比較計算自適應(yīng)虛擬阻抗值，但是這種方式需要增設(shè)二級控制器。文獻［40］利用網(wǎng)絡(luò)圖論的思想，獲得相鄰分布式電源的信息來自適應(yīng)調(diào)節(jié)虛擬阻抗的大小，但是控制方式較為復(fù)雜。

所以，在選擇下垂控制直流微電網(wǎng)時，可根據(jù)不同直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的特征，從影響系統(tǒng)運行的重要物理量、需要達(dá)成的控制目標(biāo)、通信情況等因素綜合選擇合適的下垂控制策略。對于采用一般補償法的改進下垂控制，可根據(jù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)偏差補償器或者改變關(guān)聯(lián)參數(shù)的方式來滿足不同系統(tǒng)的應(yīng)用。對于基于優(yōu)化補償法的改進下垂控制，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)因素選取合適的智能算法，也可調(diào)整算法實現(xiàn)過程中的輸入量和優(yōu)化值等參數(shù)，以滿足不同系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 并網(wǎng)控制

微電網(wǎng)并網(wǎng)運行模式的優(yōu)化可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大量的微電源輸出功率可以為大電網(wǎng)末端提供電能補充，提高末端電壓，同時大電網(wǎng)為微電網(wǎng)提供了電能保障。但是，并網(wǎng)運行也會給大電網(wǎng)帶來負(fù)面影響，例如會改變系統(tǒng)的無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、改變電網(wǎng)線路潮流、改變繼電保護方式等［41-42］。參與并網(wǎng)操作的并網(wǎng)接口一般采用雙向AC/DC換流器，基于換流器實現(xiàn)功率在大電網(wǎng)系統(tǒng)與微電網(wǎng)系統(tǒng)之間的雙向流動。

微電網(wǎng)在并網(wǎng)時必然會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，如何減少并網(wǎng)帶來的負(fù)面影響，取決于并網(wǎng)時刻和并網(wǎng)條件的選擇。下面將從三個方面對微網(wǎng)并網(wǎng)控制技術(shù)的研究趨勢進行綜述。

4.1 微電網(wǎng)并網(wǎng)條件及對電網(wǎng)運行的影響

為了減少微電網(wǎng)并網(wǎng)會對大電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，我們需要選擇合適的并網(wǎng)條件。文獻［43］從微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、滲透率、安全性和經(jīng)濟效益等方面進行了討論，對微電網(wǎng)并網(wǎng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、繼電保護和配電網(wǎng)的影響進行了詳細(xì)闡述，為微電網(wǎng)并網(wǎng)的最優(yōu)化能量分布和可靠性、安全性給予了足夠的理論依據(jù)。文獻［44］討論了微電網(wǎng)并網(wǎng)運行所需滿足的條件，進一步指明實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)離網(wǎng)模式平滑切換的最優(yōu)條件。文獻［45］闡述了微電網(wǎng)并網(wǎng)的要求及準(zhǔn)則，分析了狀態(tài)監(jiān)測，通信保護等方面技術(shù)。文獻［46］論述了并網(wǎng)變流器的工作方式及單相微網(wǎng)工作狀態(tài)。文獻［47］基于相位角變化提出了一種新的微電網(wǎng)自動并網(wǎng)轉(zhuǎn)換方法。

4.2 微電網(wǎng)的并網(wǎng)特性研究

隨著微電網(wǎng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用比例快速增多，其并網(wǎng)對電網(wǎng)造成的影響隨之增強，所以需要研究其并網(wǎng)特性以及與大電網(wǎng)的交互特性。文獻［48］討論了恒功率負(fù)載和恒阻抗負(fù)載發(fā)生變化對微電網(wǎng)并網(wǎng)過程產(chǎn)生的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在并網(wǎng)切換時，相角差對并網(wǎng)系統(tǒng)的影響更大，而電壓差對并網(wǎng)系統(tǒng)的影響則較小。文獻［49］研究了微網(wǎng)系統(tǒng)的準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制特性，為了改善系統(tǒng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制性能，針對微源虛擬慣性時間常數(shù)，提出了微網(wǎng)系統(tǒng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制參數(shù)的設(shè)計方法。文獻［50］對微電網(wǎng)用PSCAD/EMTDC軟件進行了仿真研究，分析了燃料電池和微型汽輪機這兩種微電網(wǎng)在孤島和并網(wǎng)的運行方式間的轉(zhuǎn)換。文獻［51］討論了內(nèi)蒙古北部地區(qū)多個微型燃?xì)廨啓C與其集成的分布式熱、電、供冷三聯(lián)供電系統(tǒng)的運行特性，通過仿真可以看出利用PWM換流器減少注入微電網(wǎng)中的諧波來提高電能質(zhì)量，并滿足系統(tǒng)的電壓、頻率和負(fù)荷的要求。文獻［52］對微電網(wǎng)并網(wǎng)控制系統(tǒng)的同步性進行了分析，對微源的數(shù)值虛擬慣性時間常數(shù)提出了規(guī)范。

4.3 微電網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略

微電網(wǎng)切換到并網(wǎng)狀態(tài)采用的方法是改變微電網(wǎng)部分基本參數(shù)，如電壓幅值、頻率等來實現(xiàn)微電網(wǎng)的同步運行。文獻［53-54］首先對并網(wǎng)進行頻率同步調(diào)節(jié)，當(dāng)大電網(wǎng)與微電網(wǎng)的頻率差縮小到一定范圍后再進行相角調(diào)節(jié)，其中文獻［53］采用比例環(huán)節(jié)，而文獻［54］則采用比例積分環(huán)節(jié)。文獻［55］頻率同步調(diào)節(jié)以及電壓調(diào)節(jié)，通過交叉調(diào)節(jié)微電網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)部電壓與外部電網(wǎng)電壓相角一致，得到了理想的結(jié)果，對幅值和相角分別調(diào)節(jié)的過程復(fù)雜，降低了準(zhǔn)同期并網(wǎng)的效率。文獻［56］通過串聯(lián)變換器實現(xiàn)對直流側(cè)母線電壓的控制，進而連接大電網(wǎng)。文獻［57］對并網(wǎng)變流器采用了一種基于模糊PI控制的算法。文獻［58］在微電網(wǎng)并網(wǎng)問題中引進了基于統(tǒng)一潮流控制器，并進行了仿真研究。文獻［59］優(yōu)化了微電網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)控制模型，通過智能控制理論對優(yōu)化控制策略進行了研究。文獻［60］基于FPGA技術(shù)提出了一種用于微電網(wǎng)并網(wǎng)的方法。文獻［61］通過改進的并網(wǎng)逆變器控制策略，減少了電壓跳變，維持了微網(wǎng)的穩(wěn)定。文獻［62］研究了飛輪儲能的微電網(wǎng)并網(wǎng)狀態(tài)與短時孤島狀態(tài)之間的切換方法。

綜上所述，微電網(wǎng)并網(wǎng)控制是微電網(wǎng)運行與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，正得到越來越深入的發(fā)展［63-65］。實用化的、能考慮并兼容微電網(wǎng)不斷變得復(fù)雜的運行工況的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制策略還需要進一步研究。

5 孤島/并網(wǎng)平滑切換控制

微電網(wǎng)既可以與大電網(wǎng)相聯(lián)并網(wǎng)運行也可以孤島獨立運行。當(dāng)微電網(wǎng)為孤島運行狀態(tài)時，運行特性與并網(wǎng)時有很大差別，若直接將微電網(wǎng)并入大電網(wǎng)，會對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊。孤島和并網(wǎng)間能否平滑切換決定了微電網(wǎng)能否安全運行，降低并網(wǎng)時對電網(wǎng)的暫態(tài)沖擊，保證重要負(fù)載的供電質(zhì)量。

目前，國內(nèi)外也對微電網(wǎng)孤島并網(wǎng)兩種模式平滑切換問題進行了很多研究。文獻［66］主要考察了微電網(wǎng)孤島運行，主控制模塊復(fù)合儲能裝置能保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)離網(wǎng)動作的前后負(fù)載有穩(wěn)定的電能供應(yīng)。文獻［67］優(yōu)化了同步控制器，在進行并網(wǎng)離網(wǎng)操作過程中，PQ控制和V/f控制兩種控制方式的輸出做到同步，以此實現(xiàn)微電網(wǎng)的平滑切換。文獻［68］針對交直流混合母線微電網(wǎng)的切換問題進行了研究，當(dāng)微電網(wǎng)由并網(wǎng)運行狀態(tài)切換到孤島狀態(tài)時，對并網(wǎng)運行時的相角積分，當(dāng)微電網(wǎng)運行狀態(tài)切換進入并網(wǎng)運行時，同步控制大電網(wǎng)電壓與微網(wǎng)系統(tǒng)中逆變器的電壓。文獻［69］提出一種混合控制策略，在并網(wǎng)運行采用下垂控制，在孤島操作時變?yōu)閂/f控制。文獻［70］研究了虛擬阻抗和電流反饋共同組成的切換控制方法。切換控制會減輕并網(wǎng)操作中電流波動，緩解逆變器輸出電流沖擊，但是這種控制方式有一定的復(fù)雜性，不容易實現(xiàn)。文獻［71］提出了一種新的控制策略，基于滑?？刂苾?yōu)化改進下垂控制，增加了它的魯棒性，減小了微電網(wǎng)兩種模式切換過程中的功率振蕩，缺點是滑模控制的控制器設(shè)計復(fù)雜。文獻［72］改進了并網(wǎng)逆變器，當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)生并網(wǎng)離網(wǎng)操作時控制策略可以保持不變，簡化了模式切換，實現(xiàn)了微電網(wǎng)并網(wǎng)時準(zhǔn)同期并網(wǎng)，增加了平滑過渡。文獻［73］對單相并網(wǎng)電壓源型逆變器使用模型預(yù)測控制，采用功率解耦控制方式和電壓控制相結(jié)合的方法，實現(xiàn)兩種運行狀態(tài)之間的平滑切換。

對于控制微電網(wǎng)運行狀態(tài)平滑切換的研究主要集中在對等控制、主從控制和鎖相環(huán)三個方面。鎖相環(huán)的難點在于使其發(fā)生運行模式變化時，輸出的角頻率不發(fā)生改變。微電網(wǎng)系統(tǒng)使用主從控制時，逆變器通常在孤島模式時進行電壓控制，在并網(wǎng)時進行電流模式控制。

6 其它

6.1 微網(wǎng)群研究

我國電網(wǎng)存在一些問題，比如用電交流化程度低、可再生能源不能很好地消納、配電環(huán)節(jié)不完善，需要促進智能電網(wǎng)的發(fā)展以適應(yīng)儲能技術(shù)和電動汽車的發(fā)展，微網(wǎng)群概念被提出并得到深入研究［74］。微網(wǎng)群通過合理的協(xié)調(diào)控制策略可以利用各個微網(wǎng)內(nèi)的分布式電源，以維持系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行。

微網(wǎng)群是微電網(wǎng)更高層的結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)開展了一些對于微電網(wǎng)與微網(wǎng)群的協(xié)調(diào)控制策略研究，微電網(wǎng)群級協(xié)調(diào)控制策略主要涉及基于通信的分級管理策略、多智能體控制策略以及主從控制、對等控制等。文獻［75］將微網(wǎng)群分為三層控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了大電網(wǎng)、微網(wǎng)群和單個微網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)控制。文獻［76］從發(fā)電模塊、微電網(wǎng)、微網(wǎng)群等幾個方面對微網(wǎng)群的控制策略進行了研究，提出了虛擬頻率下垂控制和狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制策略來控制微電網(wǎng)，并采用了一種微網(wǎng)外特性控制對微網(wǎng)群系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制。文獻［77］對微網(wǎng)群中采用了多智能體控制系統(tǒng)（Multi-agent），通過系統(tǒng)調(diào)度可實現(xiàn)分布式電源自動控制，弊端是采用多智能體技術(shù)需要使用通信系統(tǒng)，需要制定相應(yīng)通信協(xié)議。文獻［78］采用對等與主從混合控制策略，并結(jié)合多分段P/f特性曲線對微電網(wǎng)和微網(wǎng)群進行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，最終實現(xiàn)了多微網(wǎng)組網(wǎng)的功率分散管理。

綜上所述，在控制結(jié)構(gòu)層面，微網(wǎng)群系統(tǒng)比微網(wǎng)系統(tǒng)多了一層控制級——微網(wǎng)群級控制。微網(wǎng)群中各子微網(wǎng)既有單獨的目標(biāo)，也有微網(wǎng)群系統(tǒng)的整體目標(biāo)，需要子微網(wǎng)彼此協(xié)作完成微網(wǎng)群的整體優(yōu)化運行，微網(wǎng)群能夠有效提高各個微網(wǎng)的抗擾動能力，且微網(wǎng)群協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果優(yōu)于各子網(wǎng)單獨優(yōu)化結(jié)果之和。

6.2 柔性直流微電網(wǎng)

柔性直流輸電技術(shù)是基于電力電子器件以及高頻PWM技術(shù)上發(fā)展起來的一種新型的直流輸電技術(shù)，開始發(fā)展于20世紀(jì)90年代。柔性直流輸電技術(shù)控制靈活，可以對系統(tǒng)的有功分量和無功分量進行大小方向上的獨立控制。由于系統(tǒng)中應(yīng)用了全控型器件例如IGBT等，基于電壓源型換流器的柔性直流輸電技術(shù)可以獨立調(diào)節(jié)有功和無功功率，并且可以向無源網(wǎng)絡(luò)送電。正是由于柔性技術(shù)的諸多優(yōu)勢，使得柔性直流輸電在城市電網(wǎng)中應(yīng)用前景良好，也可以應(yīng)用于微網(wǎng)并網(wǎng)方面。同時，由于柔性直流技術(shù)的特性，可以將其應(yīng)用于微網(wǎng)的集群控制中，從而控制微電網(wǎng)之間的功率交換，提高微網(wǎng)群控制的靈活性，可再生能源也可以更廣范圍地分散接入與波動均擔(dān)，提高微電網(wǎng)對能源的利用率。

當(dāng)前對柔性直流微電網(wǎng)的研究主要集中在優(yōu)化改進微網(wǎng)控制策略、優(yōu)化調(diào)制MMC模塊的電平等方面。文獻［79］討論了背靠背的MMC-HVDC控制策略，在逆變側(cè)采用定有功功率控制，在整流側(cè)輸入逆變器的給定功率，作為整流側(cè)定直流電壓控制的附加控制信號，在系統(tǒng)功率產(chǎn)生波動時，有效抑制電壓波動。文獻［80］基于MMC等效模型詳細(xì)分析其運行特性，改進優(yōu)化傳統(tǒng)下垂控制，將所建立模型的直流電壓設(shè)定值納入考慮，基于電壓偏差，引入多個換流站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)電壓，對暫態(tài)故障導(dǎo)致的功率波動具有一定的抑制作用。文獻［81］基于電壓下垂控制，通過跟蹤故障切除前后系統(tǒng)的功率波動，實現(xiàn)受換流站功率實施分配，從而提高系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)能力。文獻［82］基于虛擬慣性作用下交流微電網(wǎng)產(chǎn)生的頻率與電壓波動的協(xié)調(diào)控制，提出了一種用于配電網(wǎng)-微電網(wǎng)系統(tǒng)的變流器斷面的分布式儲能智能控制策略，實時跟蹤響應(yīng)電源側(cè)電壓變化，對系統(tǒng)功率波動時直流電壓的波動具有一定的抑制作用。文獻［83］基于MMC模塊，針對逆變站和整流站的協(xié)調(diào)控制，提出了一種用于兩站雙端預(yù)充電智能控制策略，對MMC模塊的充電過程進行拆分，優(yōu)化改進了充電過程中的電平調(diào)制，對換流器解鎖產(chǎn)生的沖擊電流起到極為有效的抑制作用。

縱觀全球柔性直流配電技術(shù)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)直流微電網(wǎng)技術(shù)仍處于早期摸索階段，相比于傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)，柔性直流微電網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢，是未來城市微電網(wǎng)發(fā)展的新方向。

7 展望

針對微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)與控制，未來下垂控制的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)還可以在以下兩個方向進一步發(fā)展。

1)補償方法

基于例如遺傳算法、粒子群算法等更為完善的智能控制算法，改進優(yōu)化下垂控制過程中下垂曲線系數(shù)的尋優(yōu)。通過不同的補償方式相結(jié)合的方式，針對系統(tǒng)不同的運行模態(tài)優(yōu)化下垂控制，例如將系統(tǒng)的運行模態(tài)依據(jù)直流母線電壓劃分，使用更為適合系統(tǒng)不同運行模態(tài)運行特點的下垂控制策略。

2）通信方式

在通信技術(shù)的選擇中，將例如工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等更多先進的通信技術(shù)應(yīng)用于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理中。綜合考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率、系統(tǒng)規(guī)模等相關(guān)因素，系統(tǒng)控制策略實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)為通信方式的可靠性，而未來，采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的大規(guī)?；ヂ?lián)微電網(wǎng)管理系統(tǒng)也將面臨例如數(shù)據(jù)丟包、網(wǎng)絡(luò)延時等問題。進而，針對下垂控制進行優(yōu)化和改進時，相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也是必須綜合考慮的一個方面。因此，為選擇合適的下垂控制策略為直流微電網(wǎng)的控制策略，可針對直流微電網(wǎng)的不同運行工況，綜合考慮影響系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、控制目標(biāo)以及系統(tǒng)通信等因素。

很多文獻在微網(wǎng)系統(tǒng)孤島運行與并網(wǎng)運行的平滑切換方面研究了運行狀態(tài)切換時系統(tǒng)給定指令的變化，但鮮有針對系統(tǒng)不同控制結(jié)構(gòu)對運行狀態(tài)切換過程影響的研究。在對于對等控制方式的微網(wǎng)系統(tǒng)研究中，逆變器控制方式為改進的下垂控制，可等效為下垂控制的電壓源。但由于控制器的結(jié)構(gòu)有時較為復(fù)雜，且系統(tǒng)中的功率外環(huán)又在一定程度上降低了系統(tǒng)的動態(tài)性能，目前，有文獻在控制微電網(wǎng)運行狀態(tài)的平滑切換研究中引入了間接電流控制方式，優(yōu)化了控制效果，但是依舊存在許多不足之處。

目前，在微網(wǎng)群的研究領(lǐng)域方面現(xiàn)有的文獻不足之處主要體現(xiàn)在以下4個方面：大多數(shù)文獻針對微網(wǎng)群系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行改進優(yōu)化，但是并未綜合考慮微網(wǎng)群的環(huán)境效益與經(jīng)濟成本的整體協(xié)調(diào)優(yōu)化；微網(wǎng)群處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時，將大電網(wǎng)系統(tǒng)等效考慮為大電源，卻忽視了微網(wǎng)群運行時在經(jīng)濟性與穩(wěn)定性兩方面對大電網(wǎng)造成的影響；針對微網(wǎng)群的優(yōu)化問題建立模型時，忽視了微網(wǎng)群內(nèi)部微電網(wǎng)之間的相互影響而僅把微網(wǎng)群等效為更大規(guī)模的單微電網(wǎng)；對于微網(wǎng)群系統(tǒng)中包含的混合儲能單元與光伏單元，可針對系統(tǒng)中混合儲能單元的功率分配問題與微網(wǎng)群功率的協(xié)調(diào)和管理控制策略問題開展進一步的探索研究。