直流配电网光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制

刘青,张彤钰，田艳军

(华北电力大学电气与电子工程学院，河北省保定市 071003)

0 引 言

随着直流配电网中分布式光伏渗透率的提高，保证高比例、大规模分布式光伏电源友好接入成为研究热点[1-2]。配电网中光伏电源经变流器接入直流母线，直流母线经网侧逆变器连接至大电网。日常运行时，网侧逆变器维持直流配电网母线电压的恒定，并同时满足上级电网的功率调度要求。

根据受端交流电网不同故障状态，网侧逆变器退出运行，或运行在控制输入交流电网有功功率和无功功率(PQ控制)模式下，不承担直流配电网电压调节任务[3]。在网侧逆变器不承担直流配电网电压调节任务的情况下，根据《电力系统网源协调技术规范》要求，对于新建光伏电站，都应该通过保留有功备用或配置储能设备来实现一次调频/调压功能[4]。

文献[5]提出了基于储能的光伏虚拟同步发电机控制策略，当负荷、光照强度分别发生突变时，有效减小了母线电压的波动幅值。但其对储能设备的容量要求较高，且不易对现有的光伏变流器进行改造。下垂控制由于无需通信互联线、冗余度好、可靠性高等优点成为目前实现光伏有功备用，参与直流配电网电压调节的研究重点[6-7]。但在实际情况下，环境因素引起的光伏出力变化以及负载变化等将导致系统母线电压及功率分配发生变化。

文献[8]基于风电并入直流电网的拓扑结构，提出以额定运行点为转折点的两段式下垂控制使各换流器依据实时功率裕度自适应调节输出功率。文献[9-11]通过设置合理的有功功率储备，实现了光伏系统在无储能情况下的下垂控制和惯性响应，改善了直流微电网动态响应情况。文献[12-13]从负载分配、电压调节、系统效率和稳定性4个方面阐述了线性下垂控制及非线性下垂控制的区别，得出设置合理的非线性下垂控制可以改善系统控制性能的结论。传统的下垂控制大多数通过增大系统惯性的方法解决光伏电源功率波动的问题，但是调节能力有限，无法解决光伏电源受环境温度和光照强度影响长时间出力不均时引发的系统环流增大及稳定性问题。对于相同的系统负载，当光伏整体出力较大时，系统负载体现出轻载的特性；当光伏整体出力较小时，系统负载体现出重载的特性。若在重载和轻载的条件下设置相同的下垂系数，则无法满足系统在轻载情况下实现母线电压的稳定控制，在重载情况下提高系统功率分配精度的要求。分段下垂控制对于下垂系数切换点处理不足，当光伏输出功率随环境变化时，由于下垂系数的切换，可能导致直流母线电压波动以及功率波动等问题。

针对上述问题，本文提出一种光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制策略，主要工作包括：通过引入本地辐照度和温度信号，在不同出力情况下，自适应调整光伏变流器下垂特性曲线，匹配光伏电源柔性出力的特点；对下垂特性曲线进行优化处理，改善下垂控制均流能力；建立下垂控制模式下变流器输出阻抗特性模型，分析下垂系数对系统均流度和环流的影响；最后仿真验证理论分析的正确性及有效性。

1 多光伏变流器并联系统及下垂控制

1.1 多光伏逆变器并联系统结构

本文所采用的光伏接入直流配电网系统拓扑结构如图1所示，主要组成为：光伏电源、储能装置、DC/DC变流器、直流负载、网侧逆变器G-VSC和交流网络。其中，DC/DC变流器采用双有源桥式变流器(dual active bridge，DAB)结构，其提供的电流隔离能够使光伏发电机的负极端子接地，并消除“潜在诱导退化(potential induced degradation，PID)”现象[14]。若光伏侧无储能装置，则只考虑功率单向传输的情况，高压侧可用全桥不可控器件代替全控器件以保证大量应用的经济性。

图1 光伏接入直流配电网系统拓扑结构Fig.1 Topology of photovoltaic power's parallel connection to DC distribution network

当直流配电网孤岛模式运行时，网侧逆变器G-VSC退出运行；当网侧逆变器G-VSC需要降低有功功率的输出，并向交流侧提供无功功率支撑时，网侧逆变器采取PQ控制，此时交流电网等效为直流配电网的恒功率负载，网侧逆变器G-VSC不承担直流配电网电压调节任务，等同于直流配电网孤岛模式。网侧逆变器不承担直流配电网电压调节任务的情况下，光伏侧变流器承担电压控制任务。直流配电网光伏电源及储能装置协调运行模式如图2所示。

图2 直流配电网协调运行控制Fig.2 Coordinated operation control of DC distribution network

光伏侧变流器处于下垂控制运行时，光伏电源输出功率需满足本地直流负载要求以及向网侧逆变器定功率输出。

1.2 传统下垂控制及分段式下垂控制

直流配电网分布式电源“P-U”下垂控制方法的下垂控制表达式为:

(1)

(2)

传统光伏下垂控制功率参考值[10]为：

(3)

式中：α为减载运行比例系数，α<1，取值范围一般为0.6～0.8[15-16]。

在光伏减载之后，各光伏电源对于系统重载和轻载情况有不同的调节能力。在轻载和重载情况下设置相同的下垂系数，不利于实现合理的功率分配。可以利用分段式下垂控制[17]来实现系统重载和轻载条件下不同的控制需求：

(4)

设第一段直线斜率为kdroopi1,第二段斜率为kdroopi2,额定运行点为A点。根据公式(4)画出下垂特性曲线，如图3所示。

图3 分段下垂特性曲线Fig.3 Characteristic curve of segmented droop

由图3可知，重载情况下下垂系数较大，轻载条件下下垂系数较小。重负载下，不合理的负载分配会导致电源饱和，并加速直流母线电压下降，因此在重载下应实现功率精确分配，可通过增大下垂系数实现；相反，在轻载条件下，功率分配的精度不是很关键，较小的下垂系数对严格的电压调节是有益的，下垂系数的选择只需要保持光伏电源在极限范围内正常工作[18]。

2个功率单元并联运行的直流配电网简化电路模型如图4所示，其中Ri(i=1,2)为变流器的输出阻抗；Uload为负载上的电压。

图4 直流配电网简化电路模型Fig.4 Simplified circuit model of DC distribution network

P-U下垂控制2个变流器输出功率的比例关系为[17]：

(5)

由于变流器并联接入公共直流母线，因此满足Uo1≈Uo2≈Uload。由公式(5)可知，在线路阻抗相等的情况下，下垂系数的设置影响变流器的输出功率分配。若不考虑环境因素导致光伏电源出力变化的影响，对于额定容量和线路阻抗相等的光伏电源，可得出kdroop1=kdroop2，Po1=Po2。

辐照度Si和温度Ti与光伏电站PVi的输出功率之间的关系为[19]:

(6)

(7)

ΔTi=Ti-Tref

(8)

式中：Sref为参考辐照度；Tref为参考温度；Pimppt为任意辐照度任意温度下PVi的最大输出功率；a、b、c为常数，典型值为：a=0.002 50/℃、b=0.5、c=0.002 88/℃。由公式(8)可知，光伏电源出力受环境因素的影响。设光伏电站出力系数δi为：

(9)

由公式(9)可知，温度相同的情况下，辐照度越高，光伏出力越大；辐照度相同的情况下，温度越高，光伏出力越小。若不考虑本地辐照度以及温度变化对光伏电站输出功率的影响进行下垂控制参数的设定,由公式(5)可知，在δ1>δ2的情况下，可能出现P1mppt>Po1=Po2>P2mppt的情况，导致系统功率分配不均，因此需要根据光伏电站出力设定合理的下垂曲线。

1.3 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制

实现成比例的负荷分配需要各光伏变流器的下垂系数与输出功率指令值的关系满足:

kdroop1Po1ref=kdroop2Po2ref=kdroop3Po3ref

(10)

由公式(4)可知，分段下垂控制依靠输出功率与功率指令值的大小关系判断系统重载与轻载情况。当光伏出力变化时，各光伏侧变换器下垂系数与输出功率指令值需要适应实时的工况，才能在辐照度不均的情况下，判断各光伏电站的轻载/重载情况。由于系统中3个光伏电站额定容量相同，在温度25 ℃，辐照度1 000 W/m2情况下，各光伏电站下垂控制输出功率指令值关系为：

(11)

根据辐照度和温度对光伏电源输出功率的影响，在任意辐照度Si和任意温度Ti下,光伏侧变流器输出功率指令值设置为:

(12)

根据公式(12)所示任意辐照度任意温度下光伏侧变流器输出功率指令值Poiref、公式(6)所示任意辐照度任意温度下最大输出功率Pimppt以及电压允许波动范围，设置光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线，使光伏变流器按光伏电站出力自适应调节输出功率。下垂特性曲线以输出功率为变量的下垂系数分段函数为：

(13)

从系统的不平衡功率在不同光伏电站之间分配的角度上分析，公式(13)可写为:

(14)

δi用于衡量光伏电站的出力大小，出力大的光伏电站δi>1,出力小的光伏电站δi<1。在直流母线额定电压为800 V 的条件下，根据公式(14)画出δi从0.3变化到1.5时的优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线变化情况，如图5所示。

图5 优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线随δi变化情况Fig.5 Characteristic curve of adaptive segmented droop control based on flexible output of PV converter before optimization δichanges

由图5可知，本文所提优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线的输出功率指令值与光伏出力成正比关系，下垂系数与光伏出力成反比关系。因此系统中出力大的光伏电站将分担更多的功率，出力小的光伏电站将分担更少的功率。

1.4 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制的优化

由图4可知，各光伏变流器并网端电压Uoi与公共直流母线电压Uload之间的关系为：

Uoi=Uload+IoiRlinei

(15)

在辐照度不均的情况下，输出功率高的变流器输出电流大，因此输出功率高的光伏变流器并网端电压Uoi较高；输出功率低的变流器输出电流小，因此输出功率低的光伏变流器并网端电压Uoi较低。假设光伏电源PV1的出力大于PV2，优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线如图6所示。

图6 出力不同的光伏电源的优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制曲线Fig.6 Adaptive segmented droop control curve for flexible output of photovoltaic converter before optimization for photovoltaic power supply with different output

不同容量变流器并联，若要满足功率精确分配，需将下垂系数按容量比例进行设计，否则并联变流器之间会产生较大环流，影响系统正常运行[20]。如图6所示，当PV1运行于B1点，PV2运行于B2点时，光伏变流器输出功率、下垂系数与光伏出力之间的关系为：

(16)

在额定运行点处下垂系数跃变较大的情况下，光伏变流器的下垂系数未按照光伏电源出力比例进行设置，将产生较大的环流，影响系统的功率分配精度，产生较大的功率损耗。

根据公式(1)，下垂控制电压偏差和功率偏差之间的关系由下垂系数决定：

(17)

随着光伏出力不断变化，下垂系数的跃变可能会引起功率偏差和电压偏差的比例波动，进而导致电压波动和输出功率的不合理分配。

因此，需要对图5所示光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线进行优化。优化后的下垂特性曲线需满足以下要求：下垂特性曲线的电压及功率控制范围不变；优化后的下垂特性曲线不能增大其电压偏差；当系统中一个或多个光伏变流器运行于额定运行点Ai附近时，不会因为下垂系数的跃变，引发系统功率分配不均和环流增大的问题；整条下垂特性曲线仍然需要呈现轻载情况下减小直流母线电压偏差，重载情况下提高系统功率分配精度的控制效果。

基于以上优化需求，优化处理后得出的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制曲线如图7所示。

图7 优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制曲线Fig.7 Optimized adaptive segmented droop control curve for flexible output of photovoltaic converter

光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线kdroopi2段的表达式为：

(18)

由图7可知，光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制功率调节范围仍然是0～Pimppt；光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制下垂系数仍按照光伏出力比例设置；kdroopi2段内，光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制的斜率最大值大于优化前下垂控制斜率最大值，能进一步增大重载情况下系统的功率分配精度；在kdroopi2段内，光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制的电压偏差都略小于优化前，且在额定运行点A处不会发生下垂系数的跃变。

综上所述，本文所采取的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制方程为:

(19)

其中：

(20)

2 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制系统设计、建模与分析

2.1 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制系统设计

光伏侧DC/DC变流器采用输出电压电流的双闭环控制有利于实现基波和谐波环流抑制[21]。光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制系统的控制框图如图8所示。

图8 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制系统的控制框图Fig.8 Control block diagram of adaptive segmented droop control for flexible output of photovoltaic converter

实际系统中，储能DC/DC变流器需要结合母线电压和储能装置的荷电状态确定储能工作状态，本文为了突显光伏变流器对母线电压的调节作用，因而弱化了储能对系统母线电压的支撑作用。其系统控制框图如图9所示。

图9 储能装置控制框图Fig.9 Control block diagram of energy storage device

光伏变流器下垂控制模式下，网侧逆变器G-VSC运行于PQ控制模式(见图10)或者退出运行。

图10 PQ控制模式下G-VSC控制框图Fig.10 G-VSC control block diagram in PQ control mode

2.2 下垂控制系统的输出阻抗建模

选定光伏侧DC/DC变流器的状态变量为电感电流IL以及输出电压Uo。假设变流器无损耗，Rc=0,列出光伏侧DC/DC变流器状态空间方程[22-24]：

(21)

式中：X=[IL(t)Uo(t)]T；U是输入矩阵，U=[Vn]；Y是输出矩阵，Y=[IL]；A、B、C参数矩阵如下:

(22)

(23)

(24)

式中：Ls为DC/DC变流器的滤波电感；D为占空比；f为频率；Co光伏侧DC/DC变流器并网端电容；Ro为等效负载；sgn(t)为符号函数，满足：

(25)

式中：T为开关周期，T=1/f。

图中膜通量增加明显，因为实验刚开始时盐溶液浓度相对较低，水的活度大，相同温度下水的蒸汽分压较大，水蒸气的跨膜驱动力大；而随着实验进行，盐溶液浓度越来越大，膜通量逐渐减小。由盐溶液蒸气数据知，同一温度同一浓度时3种溶液的蒸气压大小为：KCl>NaCl>MgCl2；3种盐溶液的蒸气压随着浓度的增大而减小，所以3种盐溶液膜蒸馏的跨膜驱动力依次减小，膜通量依次减小；同一浓度下，3种盐溶液各自的蒸气压值随着温度的增大而升高，60 ℃时的膜通量最大，30 ℃的膜通量最小。这是因为温度高时，溶液表面的水汽分压增大，传质驱动力增大，膜通量增大，所以可以得出温度越高时膜通量越大。

对公式(21)进行拉氏变换，可得状态变量IL(s)的表达式为：

IL(s)=C(sI-A)-1BU(s)

(26)

式中：I为单位矩阵。

光伏侧DC/DC变流器的输出电流IL到占空比D的传递函数GI-D的表达式为：

(27)

光伏侧DC/DC变流器电流内环的闭环传递函数为：

Gbh(s)=GPI2(s)GI-D(s)/[1+GPI2(s)GI-D(s)]

(28)

式中：GPI2(s)为自适应分段下垂控制的电流内环PI2控制器传递函数。由图8可知，系统的戴维南等效模型为：

(29)

式中：GPI1(s)为自适应分段下垂控制的电压外环PI1控制器传递函数；Gv(s)为Uoi与U′oiref之间的传递关系；Zv(s)为Uoi与Ioi之间的传递关系；U′oiref为引入下垂控制等效阻抗后的电压参考调制信号：

U′oiref=Uoiref-ZdroopIoi

(30)

式中：Zdroop为下垂控制等效阻抗。对公式(1)所示传统下垂控制进行小信号处理：

(31)

Uoi=Uoiref-kdroopi(Uoi-Uoiref)Ioi

(32)

传统下垂控制等效阻抗为：

(33)

公式(4)所示分段下垂控制等效阻抗与公式(13)所示优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制等效阻抗为：

Zdroopi=kdroopi(Uoi-Uoiref)

(34)

由公式(19)可知，重载情况下，优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制特性曲线是关于功率偏差的二次函数，对公式(19)重载情况下的下垂控制方程中功率偏差进行小信号处理，公式(19)—(20)可转化为：

(35)

因此公式(19)—(20)所示优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制重载情况下等效阻抗为：

(36)

则光伏侧DC/DC变流器等效输出阻抗为：

Zo(s)=Gv(s)Zdroopi+Zv(s)

(37)

2.3 下垂系数取值对系统均流度的影响

对于图4所示2个功率单元并联运行的直流配电网简化电路，假设某时刻2个光伏电站出力比例为δ1∶δ2。2个变流器之间的循环功率为[25]：

(38)

由公式(38)可知，当满足：

(39)

以及输出电压幅值满足Uo1=Uo2时，可以精确地分配有功功率，消除环流。

设：

(40)

式中：k′droopi为下垂控制等效阻抗Zdroopi与电压偏差项(Uoi-Uoiref)之间的系数关系，与采用的下垂控制方法有关。

根据公式(37)—(40)可知：

(41)

直流配电网系统主要参数如表1所示。

表1 系统主要参数Table 1 Main parameters of the system

对并联运行的光伏电源PV1与PV2进行分析，假设PV1处于温度25 ℃,辐照度为1 000 W/m2的情况，PV2处于温度25 ℃,辐照度为500 W/m2的情况，重载情况下各下垂控制方法的k′droopi取值如表2所示。

由公式(41)及表2可知，传统下垂控制和分段下垂控制PV1与PV2输出阻抗之比为:

表2 各下垂控制方法的k′droopi值Table 2 Value of each droop control method

(42)

根据公式(38)，传统下垂控制和分段下垂控制在光伏出力不均的情况下，各并联光伏变流器之间将产生较大的循环功率。在不计(Zv(s)+Rlinei)项影响的条件下，优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制及优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制PV1与PV2输出阻抗之比满足：

(43)

根据公式(38)，优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制及优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制在不计(Zv(s)+Rlinei)项影响的条件下，各并联光伏变流器之间可以完全消除循环功率。

如果要达到在重载条件下提高功率分配精度的要求，则需要使(Zv(s)+Rlinei)项对系统输出功率均分影响更小。根据公式(37)画出随k′droopi变化的光伏侧DC/DC变流器输出阻抗波特图，如图11所示。

图11 随k′droopi变化的输出阻抗特性波特图Fig.11 Bode diagram of the output impedance characteristics with k′droopi

由图11可知，随着k′droopi增大，变流器等效输出阻抗的幅值也增大。由公式(40)可知，增大变流器等效输出阻抗可以减小线路阻抗对均流度的影响。因此在重载情况下，在光伏侧变流器向最大输出功率靠近的过程中，优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制的均流度逐渐变高，对环流的抑制作用最好。

综上所述，本文所提优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制方法按照光伏出力比例设置下垂系数，有利于并联光伏电源之间环流的抑制；在重载条件下，增大系统等效输出阻抗，有利于减小线路阻抗对均流度的影响，进一步提高了系统的均流度。

3 光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制系统模型验证及对比分析

3.1 下垂控制系统仿真模型

为验证本文所提光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制的可行性和正确性，基于MATLAB/Simulink搭建如图1所示的直流配电网仿真模型进行验证分析。直流配电网系统主要仿真参数见表1，光伏电源辐照度变化仿真工况设置见图12，3个光伏电站温度保持20 ℃不变。

图12 光伏电源辐照度变化图Fig.12 Radiation variation diagram of photovoltaic power supply

根据公式(9)计算得出光伏电源出力系数δi的变化情况，如图13所示。

图13 各光伏电源出力系数Fig.13 Radiation variation diagram of photovoltaic power supply

3.2 不同下垂控制方法仿真结果对比

在负载为43.036 kW的情况下，本文采用公式(1)—(2)所示传统下垂控制、图3所示传统的分段下垂控制、公式(13)所示优化前光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制以及图7所示优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制方法进行对比。为了突出光伏电源下垂控制方法对母线电压的控制效果及优化前后下垂特性的差别，需弱化储能装置对母线电压的调节作用，因此系统中的储能装置运行于恒流充电模式。

4种控制方法下仿真得出的直流母线电压对比如图14所示，各光伏侧变换器输出功率如图15所示。

图14 不同下垂控制方法电压对比Fig.14 Voltage comparison chart of different droop control method

图15 4种下垂控制方法下各变流器输出功率图Fig.15 Output power diagram of each converter under four droop control methods

由图14可知，光伏出力不均的情况下，传统下垂控制及分段下垂控制不能维持直流母线电压稳定。在光伏出力不均的情况下，若不考虑光伏电站出力变化的影响，会造成分段下垂控制的误判，将出力较小的光伏电源误判为轻载情况，因此在光伏电源出力不均的条件下，无法发挥传统分段下垂控制的优点。

由图14(b)可知，在3～4 s，光伏出力系数连续变化，变流器下垂控制运行点必经过优化前自适应分段下垂控制的斜率切换点。因此，优化前自适应分段下垂控制由于斜率切换点左右下垂系数的切换，使功率差与电压差之间的比例发生变化，引起较大的电压波动。而优化后的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制在光伏出力变化的情况下，不会出现较大的电压波动。

由图15(a)与图15(b)可知，传统的下垂控制方法及传统的分段式下垂控制方法无法满足使光伏侧换流器按光伏出力比例分配输出功率的要求。由于这2种控制方法的下垂系数不随环境影响变化，不考虑负荷功率在出力不同的光伏电源之间的分配调整，因此在3～9 s，各光伏出力差异较大的情况下，仍然要求各光伏电源均分系统所需功率，导致出力小的光伏电源无法输出所需功率，出力较大的光伏电源无法充分利用其出力，系统电压和输出功率均失稳。并且，传统的分段式下垂控制在光伏电源出力不均的情况下无法体现出其优势。

由图15(c)与图15(d)可知，优化前和优化后的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制由于设置了与光伏电源出力变化相匹配的下垂特性曲线，因此都可以在光伏出力变化时使光伏侧变流器按光伏出力比例分配输出功率。在1～3 s，光伏电源的出力系数较高，系统判断为轻载状态，将按照光伏出力比例减小输出功率；4～6 s，3个光伏电站出力系数较小，系统判断为重载状态，将按照光伏出力比例增大输出功率。

由图15(c)可知，由于优化前的自适应分段下垂控制未对斜率切换点进行处理，在光伏出力不断变化的情况下，在斜率切换点周围频繁切换，所引起的下垂控制功率分配特性频率发生变化，由此产生功率波动。由图15(d)可知，由于优化后自适应分段下垂控制参数随光伏出力变化而变化，对于系统接入多个光伏站，且多个光伏电站出力随机变化的情况，可以满足对系统总功率按光伏随机出力的比例进行分配，能够抑制由于光伏出力随机变化导致的功率失稳现象。

在本文中，下垂系数按照光伏出力比例进行设置，因此各光伏侧变换器输出功率与系统总功率按光伏出力比例分配功率差别越小，代表其均流度越高。优化前后的自适应分段下垂控制各光伏侧变换器输出功率与系统总功率按光伏出力比例分配的对比如图16所示，其中红色实线代表系统负载按光伏出力比例分配后光伏侧变流器应该输出的功率。

由图16可知，优化后的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制在系统功率变化期间以及在系统重载情况下，各光伏变流器输出功率更加接近系统负载按光伏出力比例分配的输出功率。因此优化后的光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制在重载情况下提高了系统的功率分配精度。从图16中用虚线圈出的部分中可以看出，优化后光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制功率过渡较为平滑。

图16 各光伏侧变流器输出功率对比图Fig.16 Comparison of output power of each PV-side converter

4 结 论

当直流系统中接入多个光伏电源时，各光伏电源出力的随机性给下垂控制的应用带来了挑战。针对传统的P-U下垂控制无法满足在光伏电源受自然因素变化导致出力变化时，合理分配并联的光伏变流器输出功率等问题，本文提出了直流配电网光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制方法。根据光伏电源出力特性以及系统额定输出功率与光伏额定容量的关系，制定自适应分段下垂特性曲线。对光伏侧变流器等效输出阻抗进行建模，分析采取不同的下垂控制对系统均流度及环流的影响。基于MATLAB/Simulink软件的仿真实验证明,采用本文所提直流配电网光伏变流器柔性出力自适应分段下垂控制方法可实现根据各光伏电源出力变化合理分配系统所需功率，提高了重载情况下光伏电源出力变化时光伏侧变流器的均流度；减小了轻载情况下直流母线电压偏差，对于未来提高光伏组网系统的稳定性及光伏利用率起到了促进作用。