基于下垂控制的直流微电网功率共享策略分析与研究综述

摘 要 直流微电网是光伏发电，风能发电等各种分布式新能源变输电的有效载体，为 多类型负荷和分布式电源提供了有效的运行方式。但由于微电网中各种分布式电源的出口 参数的不一致或存在本地负荷，导致了负荷端的功率分配精度降低，降低了电源运行效率; 并且由于线路中阻抗的存在，导致了母线电压偏差的问题。本文主要分析了国内外基于下 垂控制的直流微电网功率共享的研究;对比了改进后下垂控制与传统的下垂控制的优缺点。

关键词 直流微电网;下垂控制;功率共享;电压平衡;控制策略

前言

随着新能源发电技术的日趋成熟，迫切需要能独立运行满足当地负荷并且与传统电网（主网）能有效协同的输变电网络，微电网的概念由此被提出来。微电网具有联网运行和独立运行两种工作模式，它是一种集成的分布式电源，通过电力电子变换装置实现能量的控制和转换[1]。

1直流微电网的功率共享策略

直流微电网的功率分配是通过模拟同步发电机的下垂特性完成的，即通过P/f下垂控制和Q/v下垂控制来实现对有功功率和无功功率的合理分配，稳定出口电压。直流微电网中功率分配下垂控制的基本原理是各个逆变器利用下垂特性得到电压频率和幅值的指令值，并通过指令值反相调整功率，使得有功功率和无功功率的有合理搭配[2]。下面是逆变器电压频率和幅值的下垂特性：

ω-ω_0⁼-K_p（p-p_o）

?₀= ?（ ?₀）

其中，Po和Qo分别为并网逆变器的额定有功功率和无功功率，ωo和Uo分别是逆变器的额定角频率和额定电压，k_p和K_q为逆变器的下垂系数。需要注意的是微电网的下垂特性是人为的内置到逆变器里面的，与传统同步发电机的下垂特性有着本质上的区别。下垂控制原理图如下：

传统的下垂控制是在并联逆变器电感较大时推导出来的，而不同电压等级的输电线路对应着不同的阻抗：

由上表可以得知，电压等级越低，对应的阻感比越大;随着输电距离的增加，线路电阻也会增加，造成阻感比进一步增大。

由于并网逆变器的出口参数的不一致，而且存在本地负荷，导致了负荷功率分配精度的下降，不能充分的利用分布式电源;由于输电线路中存在阻抗，随着输变电距离的增加，不能被忽略，造成了母线电压偏差的问题，影响电能质量。一些改进的下垂控制方法被提出来，改善这两个问题。

2直流微电网的功率共享方法研究

直流微电网中存在的功率分配精度下降和电压偏差问题，严重影响了电网的运行效率和电能质量，迫切需要设计相应的控制策略合理地分配有功和无功功率，提高功率共享的精度，平衡电压偏差。

2.1 基于虚拟电阻的直流微电网下垂控制

在传统下垂控制的互联操作中，缺少考虑线性阻抗对直流微电网的影响。研究在下垂环节中引入虚拟阻抗对消线路中的阻抗，可以降低线路阻抗不匹配对负荷分配的影响。该控制策略提出了一种基于P ?控制器的新型控制方法，通过改变有效的下垂增益来引入虚拟阻抗实现电压的良好调节和负载的精确分配。这种方法的新颖之处在于，在单独地区电源之间不需要进行通信;提高了功率的分配精度和母线电压的控制精度，并且变换器安装在当地，满足了分布式的要求，具有安装简单，即插即用的应用特点。

2.2 基于主单元频率迭代的微电网下垂控制

该控制策略提出了一种基于主从的频率控制方式，虚拟频率由主单元叠加的得到，从单元根据相应的基于频率的下垂特性確定它们的输出功率。电源电压被认为是一个主单元，它将一个频率叠加到直流链路电压上。其他单元包括可调度单元和不可调度单元，通过利用直流链路电压的叠加频率和提出的下垂特性，作为支持电流源变换器的网格运行。

2.3 基于低带宽通信的微电网下垂控制

通过增加电流的方式来线性的增加电压是实现下垂控制的传统方法，但这样有两个主要的缺点，一是使得电流的分配精度降低，二是增加电压偏差。该控制策略提出了一种基于低带宽LBC通信的分散控制方法，各逆变器在完成各自出口处的平均电压和电流的估算，LBC系统只是用来交换电压电流信息，通过获取相邻分布式微电源的电气信息，从而改善负荷功率分配精度。

2.4 基于自适应的微电网下垂控制

该控制策略只要是通过推导虚拟电阻，增加电压和电流的双环比例积分控制器，得到了改进的自适应下垂控制传递函数，基于此传递函数得到自适应的下垂控制策略。该控制策略考虑了当地负荷和在不同的线性电阻水平下的下垂动作时延，有利于提高电压分配的精度。

3结束语

随着新能源技术的发展，主要服务于新能源的分布式能源网络，微电网的建设与研究得到越来越多研究学者的关注。微电网下垂控制策略的研究趋向多元化，对于下垂控制中存在的功率分配精度和电压偏差问题，要因地制宜地选择和设计控制策略，以提高微电网运行的稳定性和高效性。

参考文献

[1] 张晓雪，牛焕娜，赵静翔.含微电网的配电网优化调度[J].电工技术学报，2017，32（7）：165-173.

[2] 李聪.基于下垂控制的微电网运行仿真及小信号稳定性分析[D].成都：西南交通大学，2014.

作者简介

王宏东（1996-），男，现就读学校：广州大学机械与电气工程学院硕士研究生在读，研究方向：微电网功率分配。