基于下垂控制的直流微电网小扰动稳定性分析

王宇轩 常忆雯 李现伟 苏鑫

摘要：下垂式能源系统当中的微型电网技术，是当代世界电力系统应用当中的新型技术之一，是电力系统所应用的最新的科技成果之一，它是将现代的能源转换、电网、电力电子以及自动控制等技术有机的相互结合而发展起来的。下垂式的能源系统，是以其最为优化的投资、最有为效的对能源的利用，能灵活变负荷性以及合适的可再生能源等等的特性，成为了集中式的能源供体系当中不可缺少的、重要的补充，它是未来世界上能源技术发展的重要方向。

关键词：多储能;直流微电网;下垂式控制

微电网一般应具备两种常态运行模式，即独立运行模式和联网运行模式。微电网控制的研究包含两个方面：一个是微电网的整体控制策略，主要研究微电网内各微电源之间的协调和配合;另一个是微电源的控制策略，主要针对微电源的输出特性进行研究。依据微电网独立运行模式下，各下垂式电源所发挥的作用不同，微电网控制模式可以分为主从控制模式、对等控制模式和分层控制模式。

1直流微电网下垂式控制的意义

随着集中式发电的有效补偿机构逐渐完善，基础的下垂式控制结构也开始逐渐优化，在直流微电网内运行基础的下垂式控制，既能，满足电源管理结构的完整，并且对基础的可再生资源进行最优化的使用，也能有效实现下垂式电源的便捷操作。直流微电网的高速发展需要相关技术人员借鉴交流微电网技术，由于不需要对基础电压相位以及频率进行实时的跟踪，整体系统的控制结构较于交流微电网更加快捷便利，并且整体系统的能耗比较小，更加易于扩展，也非常适用于下垂式电源以及负载项目的接入。

2下垂式控制系统理论概述

2.1下垂式控制系统理论

下垂式计算机系统的主题是多种多样的，许多研究人员在研究有关下垂式硬件结构和下垂式软件设计的各方面问题以开发利用其潜在的并行性和容错性。下垂式系统是运行在每个处理单元有各自的物理存储器空间并且消息的传输延迟不能忽略不计的一系列自治处理单元上的系统，这些处理单元间密切地合作。当用户需要完成任务时，下垂式计算机系统都将提供尽可能多的计算机处理能力和数据的透明访问，同时，实现高性能和高可靠性目标。下垂式计算机系统（或下垂式系统）多种多样并涉及不同的体系结构。对一些用户来说，一个下垂式系统是为解决单个问题而紧密结合在一起工作的多处理机的集合。对另一些用户来说，一个下垂式系统可能意味着一个由地理上分散的各自独立的处理机组成的计算机网络，这些处理机连接在一起以实现对不同资源的共享。

2.2下垂式对象的结构

下垂控制方法包括：获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率;计算当前输出功率之和与额定功率之和的比值，且将该比值作为最优工作参考值;针对每一个功率模块，计算其当前输出功率与额定功率的比值，且根据该比值及最优工作参考值，判断该功率模块是否处于最优工作点;针对处于非最优工作点的功率模块，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，直至该功率模块的当前输出功率与额定功率的比值等于最优工作参考值。其可对多个功率模块的下垂特性进行系统级调整，以达到提高效率及延长寿命的目的。

2.3下垂式系统的优点

下垂式系统可以将复杂的应用程序软件分解为软件组件。因此，软件开发的任务就可以由多个开发人员独立地并行进行。编程人员可以将现行开发的部件装配到新的程序中，加速新程序的开发进程，缩短开发时间。软件组件分布在不同的计算机中能够最好的实现其功能。而且，软件组件可以在多个应用程序中使用，提高了软件的复用程度。各组件的软件功能是相对独立的，在维护和升级一个组件时，不必变动整个应用，降低了费用。下垂式对象易于管理，由于调用程序是通过对象的标准接口进行操作的，所以当对一个对象做出改动、升级时，调用程序不必做任何变动，也无需重新编译整个应用程序。对象封装器和封装旧版本信息系统的面向对象接口使旧版本信息系统能够满足新信息系统的要求，与新信息系统相互协同工作，这样整个企业能够访问这些系统并且实现系统之间的相互通信。

3直流微电网的基本构成以及下垂式控制模型

3.1直流微电网的基本构成

直流微电网的基本构成在实际的电力结构中，直流微电网结构具有非常实用的价值，受到了广大电力发展企业的青睐。  基本的直流微电网主要利用的就是节点之间的直流换流器，不仅包括基础的下垂式能源，也包括基础的储能系统以及负荷。能对间歇性下垂式电源运行结构进行优化的项目维护，促进整体最大功率的优化输出，能有效控制整个结构的建立健全，并且对于基础的节点电压调节，相关系统并不参与，主要控制的就是基础的电流，相当于整个结构的电流源。

3.2微电网的下垂式控制模型

对于由多个基础端口构成的直流微电网来说，要实现整体结构的運行舒畅，就要采取集中化的结构控制，保证各种基础方法协调运行，从而控制各个基础节点形成数据的集成，但是这样的运行结构对于基础网络的宽带要求非常高，要实现全面结构的顺畅才能建立基本的下垂式控制，只要有一个环节出错，都会造成通信通道受到阻碍，使得全网信息输送失败。因此，相关设计以及管理人员要优化运行下垂式控制管理，保证相邻节点进行基础信息的传递，形成的是两点间的网络以及疏松性网络构架，不仅能提升基础安全性，也能实现全网络内部的一致性响应。能保证就算是个别线路受阻，也不会影响整体直流微电网的整体稳定性。在实际运行结构中，信息呈现的方式不是双向传递的，而是利用普拉斯矩阵特征值进行基础直流微电网动态响应，并且在实际项目运行结构中，真正实现了输入节点权重的总和等于输出节点权重的总和，形成最为基本的平衡态。

另外，基础的下垂式控制包括两方面，一方面是平均电压控制环节，相关技术人员要进行集中化的技术操作，保证整体系统的平均电压得到有效的管控。主要操作就是，利用相应技术使整个直流微电网的基础节点的电压恢复到基础参考值，并进行变化进程的直接控制，以避免由于下垂控制时产生的电压偏移。

并且，要在整体控制操作过程中利用基础的PI环节，强化基础电压的补偿量，以保证额定电压以及平均电压之间不良偏差的消除，基础平均电压的计算方式采取下垂式控制结构，主要利用的公式就是：

这其中，vi是实际测得的节点i的基础电压，是经过计算的i的平均电压，而是和节点相邻的节点j所计算出的平均电压，相关技术人员要将本地的电压微分作为添加项目  添加进关系式进行相应平均电压的计算，从而实现对于节点电压的控制，并且当节点电压受到不良扰动时，能有效提升基础电压调节环节的相应速度，集中运行平均电压的计算。

另一方面是功率调节环节，主要利用的就是不同的蓄电池进行充放电流程的控制，保证电流按照不同的基础比例运行不同的结构，基础表达式是：  其中基础KI是各个电流占据的比例，并且在实际运行过程中，为了更好的保证蓄电池能按照相应比例系数进行集中的分配，要实现基本的关系式：

并且相关设计人员要按照基本的PI环节进行操作，已实现有效的电流补充量的增加，并且有效实现本地基础电流和平均电流不良偏差的消除。整体电流控制结构和电压控制结构很相似，要将基础的蓄电池的整体荷电结构和状态作为基础的控制对象，有效利用相应技术进行直流微电网内荷电状态的有效平衡，从而提高整体蓄电池的使用效率，从根本上延长其使用寿命。

也就是说，在实际下垂式控制结构中，不仅要集中力度监管和维持基础系统中的电压水平，也要按照基础负荷合理化的分配整体系统中的荷电状况，从而进一步优化整体系统的下垂式控制。

4结束语

总而言之，相关技术人员要集中优化相应技术的升级，集中力度关注直流微电网的基础储能系统，并集中针对相应的下垂式控制结构进行项目分析和提高，利用相应的技术进行分布协调控制策略的优化运行。相关操作要实现平均电压控制以及功率有效控制的协调运行，才能真正助力整体系统提高稳定性。

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