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直流微电网负载均流控制的新策略
随着新能源发电技术的快速发展，直流微网变换器并联导致的功率分配不均和母线电压控制问题引起了广泛关注。目前，直流微网的大部分均流策略依赖系统或级间通信，均流效果受通信系统的可靠性影响。
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院、北京科技大学自动化学院的研究人员佟子昂、武建文、马速良、蒋原、罗晓武，在2019年第24期《电工技术学报》上撰文，提出一种面向多台直流变换器并联运行，基于主动电压扰动的负载均流控制策略。无需通信，各直流变换器根据扰动前后本地的电气参数获取母线负载信息，据此实现多台直流变换器负载电流的均衡分配，同时将母线电压补偿至额定值；采用主动扰动方式，对电能质量影响小而可控。
近年来，随着分布式能源概念的兴起和应用，新能源的配电技术也不断发展和更新。光伏、风电及燃料电池等分布式能源（Distribute Energy Resource, DER）能量输出具有随机性、不连续性，通过组成交流微电网、直流微电网或混合微电网的形式再实现并网，可减缓对主网运行稳定的影响。直流微电网以直流配电方式为主要电能传输分配方式，凭借其高可靠性、高效能和易扩展的特点，在新能源电力网络、航天系统及商业楼宇等独立供电系统中具有广阔的应用前景。
直流微电网由于不存在交流微电网的无功补偿、相位频率的耦合控制问题，其能量的管理协调控制相对直观清晰，利于微电网系统的容量扩展，但直流微电网仍然有亟待解决的技术挑战。随着直流微电网容量的不断扩大，发电单元数量的不断扩充，线路参数的随机性和发电单元自身参数的不一致性将越发显著，由此引起的直流变换器的负载电流分配不均不利于各并联单元的稳定运行，降低直流母线电压品质，严重时会导致整个微电网无法正常运行。因此，并网变换器间的负载功率分配问题是研究的热点之一。
图1 直流微电网结构示意图
针对这一问题，相关学者提出了多种均流控制策略以保障发电单元的能量分配平衡，按照管理控制形式主要可分为两类：有互联线的集中通信控制和无互联线的分散自律控制。其中集中通信控制由管理控制中心向各变流器单元发出调度指令，实现发电能量的调控分配。这种控制策略对通信网络有很强的依赖性，不仅增加了控制难度，系统的通信带宽以及抗干扰能力也将直接影响变换器间的均流效果和微网系统的稳定性。
有学者为降低通信成本，提出基于低带宽通信的直流微网变换器均流技术，通过双环调整实现了下垂系数的动态调整。有学者针对直流微电网采用分层式控制结构，通过与相邻单元通信实现全网均流目标。
以上控制方法在降低通信网络成本方面进行了深入研究，但其均流效果仍依赖于通信网络可靠性。分散自律控制指各发电单元根据本地变量实现能量输出控制。这种方法结合直流变换器的工作特性曲线，大多采用下垂控制策略引入虚拟阻抗概念，在线路阻抗不可忽略时，以降低变换器出口电压为代价，实现负荷功率的均衡分配。
有学者提出采用自适应控制实现均流目的，通过动态改变虚拟阻抗的方法调整直流变换器输出阻抗，进而实现负载均流，该方法仍无法完全脱离通信手段。有学者以电压变化率为信息载体，提出了一种适用于混合储能系统的无互联通信网络的功率分配策略。
由上可知，目前直流微电网的负载均流策略无论是集中控制还是分布式控制，大部分都依赖于系统级或者单元间通信。同时，虽然基于虚拟阻抗的下垂控制可以解决线路参数不一致的问题，但是却造成了直流母线电压的跌落，并且在无通信手段时均流效果不佳。线路阻抗和指令电压不一致是导致并联直流变换器输出电流不均的主要原因，且负载阻抗的变动可能会加剧输出功率不均衡程度。
图2 直流变换器并联运行实验平台
基于上述问题，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院、北京科技大学自动化学院的研究人员提出一种提出了一种在无通信网络或者通信实时性较低的场合下，基于主动电压扰动的直流微电网均流控制策略，适用于线路阻抗参数已知、网架结构已经建成的直流微电网中。
该方法通过监听本地扰动前后出口参数的变化获取母线负载信息，进而实现多台直流变换器的均流目标，无需各台直流变换器通信。同时，通过补偿线路阻抗引起的母线电压跌落，提高直流母线上的电能质量。本负载均流策略对于在直流微电网中实现功率分配，具备一定的指导意义。本方法针对阻性负载研究，有关负载性质对本均流控制策略的影响，将在后续研究中深入分析。
相关研究成果已发表在2019年第24期《电工技术学报》上，论文标题为“一种基于主动电压扰动的直流微网负载均流控制策略”，作者为佟子昂、武建文、马速良、蒋原、罗晓武。
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