基于下垂控制的直流微電網(wǎng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析

王宇軒 常憶雯 李現(xiàn)偉 蘇鑫

摘要：下垂式能源系統(tǒng)當(dāng)中的微型電網(wǎng)技術(shù)，是當(dāng)代世界電力系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中的新型技術(shù)之一，是電力系統(tǒng)所應(yīng)用的最新的科技成果之一，它是將現(xiàn)代的能源轉(zhuǎn)換、電網(wǎng)、電力電子以及自動(dòng)控制等技術(shù)有機(jī)的相互結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的。下垂式的能源系統(tǒng)，是以其最為優(yōu)化的投資、最有為效的對(duì)能源的利用，能靈活變負(fù)荷性以及合適的可再生能源等等的特性，成為了集中式的能源供體系當(dāng)中不可缺少的、重要的補(bǔ)充，它是未來(lái)世界上能源技術(shù)發(fā)展的重要方向。

關(guān)鍵詞：多儲(chǔ)能;直流微電網(wǎng);下垂式控制

微電網(wǎng)一般應(yīng)具備兩種常態(tài)運(yùn)行模式，即獨(dú)立運(yùn)行模式和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式。微電網(wǎng)控制的研究包含兩個(gè)方面：一個(gè)是微電網(wǎng)的整體控制策略，主要研究微電網(wǎng)內(nèi)各微電源之間的協(xié)調(diào)和配合;另一個(gè)是微電源的控制策略，主要針對(duì)微電源的輸出特性進(jìn)行研究。依據(jù)微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行模式下，各下垂式電源所發(fā)揮的作用不同，微電網(wǎng)控制模式可以分為主從控制模式、對(duì)等控制模式和分層控制模式。

1直流微電網(wǎng)下垂式控制的意義

隨著集中式發(fā)電的有效補(bǔ)償機(jī)構(gòu)逐漸完善，基礎(chǔ)的下垂式控制結(jié)構(gòu)也開始逐漸優(yōu)化，在直流微電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行基礎(chǔ)的下垂式控制，既能，滿足電源管理結(jié)構(gòu)的完整，并且對(duì)基礎(chǔ)的可再生資源進(jìn)行最優(yōu)化的使用，也能有效實(shí)現(xiàn)下垂式電源的便捷操作。直流微電網(wǎng)的高速發(fā)展需要相關(guān)技術(shù)人員借鑒交流微電網(wǎng)技術(shù)，由于不需要對(duì)基礎(chǔ)電壓相位以及頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，整體系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)較于交流微電網(wǎng)更加快捷便利，并且整體系統(tǒng)的能耗比較小，更加易于擴(kuò)展，也非常適用于下垂式電源以及負(fù)載項(xiàng)目的接入。

2下垂式控制系統(tǒng)理論概述

2.1下垂式控制系統(tǒng)理論

下垂式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主題是多種多樣的，許多研究人員在研究有關(guān)下垂式硬件結(jié)構(gòu)和下垂式軟件設(shè)計(jì)的各方面問題以開發(fā)利用其潛在的并行性和容錯(cuò)性。下垂式系統(tǒng)是運(yùn)行在每個(gè)處理單元有各自的物理存儲(chǔ)器空間并且消息的傳輸延遲不能忽略不計(jì)的一系列自治處理單元上的系統(tǒng)，這些處理單元間密切地合作。當(dāng)用戶需要完成任務(wù)時(shí)，下垂式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都將提供盡可能多的計(jì)算機(jī)處理能力和數(shù)據(jù)的透明訪問，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高性能和高可靠性目標(biāo)。下垂式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（或下垂式系統(tǒng)）多種多樣并涉及不同的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)一些用戶來(lái)說(shuō)，一個(gè)下垂式系統(tǒng)是為解決單個(gè)問題而緊密結(jié)合在一起工作的多處理機(jī)的集合。對(duì)另一些用戶來(lái)說(shuō)，一個(gè)下垂式系統(tǒng)可能意味著一個(gè)由地理上分散的各自獨(dú)立的處理機(jī)組成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些處理機(jī)連接在一起以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同資源的共享。

2.2下垂式對(duì)象的結(jié)構(gòu)

下垂控制方法包括：獲取待調(diào)度的多個(gè)功率模塊的額定功率及當(dāng)前輸出功率;計(jì)算當(dāng)前輸出功率之和與額定功率之和的比值，且將該比值作為最優(yōu)工作參考值;針對(duì)每一個(gè)功率模塊，計(jì)算其當(dāng)前輸出功率與額定功率的比值，且根據(jù)該比值及最優(yōu)工作參考值，判斷該功率模塊是否處于最優(yōu)工作點(diǎn);針對(duì)處于非最優(yōu)工作點(diǎn)的功率模塊，對(duì)該功率模塊的模塊控制器的下垂控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至該功率模塊的當(dāng)前輸出功率與額定功率的比值等于最優(yōu)工作參考值。其可對(duì)多個(gè)功率模塊的下垂特性進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)調(diào)整，以達(dá)到提高效率及延長(zhǎng)壽命的目的。

2.3下垂式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

下垂式系統(tǒng)可以將復(fù)雜的應(yīng)用程序軟件分解為軟件組件。因此，軟件開發(fā)的任務(wù)就可以由多個(gè)開發(fā)人員獨(dú)立地并行進(jìn)行。編程人員可以將現(xiàn)行開發(fā)的部件裝配到新的程序中，加速新程序的開發(fā)進(jìn)程，縮短開發(fā)時(shí)間。軟件組件分布在不同的計(jì)算機(jī)中能夠最好的實(shí)現(xiàn)其功能。而且，軟件組件可以在多個(gè)應(yīng)用程序中使用，提高了軟件的復(fù)用程度。各組件的軟件功能是相對(duì)獨(dú)立的，在維護(hù)和升級(jí)一個(gè)組件時(shí)，不必變動(dòng)整個(gè)應(yīng)用，降低了費(fèi)用。下垂式對(duì)象易于管理，由于調(diào)用程序是通過對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行操作的，所以當(dāng)對(duì)一個(gè)對(duì)象做出改動(dòng)、升級(jí)時(shí)，調(diào)用程序不必做任何變動(dòng)，也無(wú)需重新編譯整個(gè)應(yīng)用程序。對(duì)象封裝器和封裝舊版本信息系統(tǒng)的面向?qū)ο蠼涌谑古f版本信息系統(tǒng)能夠滿足新信息系統(tǒng)的要求，與新信息系統(tǒng)相互協(xié)同工作，這樣整個(gè)企業(yè)能夠訪問這些系統(tǒng)并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互通信。

3直流微電網(wǎng)的基本構(gòu)成以及下垂式控制模型

3.1直流微電網(wǎng)的基本構(gòu)成

直流微電網(wǎng)的基本構(gòu)成在實(shí)際的電力結(jié)構(gòu)中，直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有非常實(shí)用的價(jià)值，受到了廣大電力發(fā)展企業(yè)的青睞。 ?基本的直流微電網(wǎng)主要利用的就是節(jié)點(diǎn)之間的直流換流器，不僅包括基礎(chǔ)的下垂式能源，也包括基礎(chǔ)的儲(chǔ)能系統(tǒng)以及負(fù)荷。能對(duì)間歇性下垂式電源運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的項(xiàng)目維護(hù)，促進(jìn)整體最大功率的優(yōu)化輸出，能有效控制整個(gè)結(jié)構(gòu)的建立健全，并且對(duì)于基礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)，相關(guān)系統(tǒng)并不參與，主要控制的就是基礎(chǔ)的電流，相當(dāng)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的電流源。

3.2微電網(wǎng)的下垂式控制模型

對(duì)于由多個(gè)基礎(chǔ)端口構(gòu)成的直流微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行舒暢，就要采取集中化的結(jié)構(gòu)控制，保證各種基礎(chǔ)方法協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而控制各個(gè)基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)形成數(shù)據(jù)的集成，但是這樣的運(yùn)行結(jié)構(gòu)對(duì)于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的寬帶要求非常高，要實(shí)現(xiàn)全面結(jié)構(gòu)的順暢才能建立基本的下垂式控制，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都會(huì)造成通信通道受到阻礙，使得全網(wǎng)信息輸送失敗。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)以及管理人員要優(yōu)化運(yùn)行下垂式控制管理，保證相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)信息的傳遞，形成的是兩點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)以及疏松性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，不僅能提升基礎(chǔ)安全性，也能實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的一致性響應(yīng)。能保證就算是個(gè)別線路受阻，也不會(huì)影響整體直流微電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性。在實(shí)際運(yùn)行結(jié)構(gòu)中，信息呈現(xiàn)的方式不是雙向傳遞的，而是利用普拉斯矩陣特征值進(jìn)行基礎(chǔ)直流微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)構(gòu)中，真正實(shí)現(xiàn)了輸入節(jié)點(diǎn)權(quán)重的總和等于輸出節(jié)點(diǎn)權(quán)重的總和，形成最為基本的平衡態(tài)。

另外，基礎(chǔ)的下垂式控制包括兩方面，一方面是平均電壓控制環(huán)節(jié)，相關(guān)技術(shù)人員要進(jìn)行集中化的技術(shù)操作，保證整體系統(tǒng)的平均電壓得到有效的管控。主要操作就是，利用相應(yīng)技術(shù)使整個(gè)直流微電網(wǎng)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電壓恢復(fù)到基礎(chǔ)參考值，并進(jìn)行變化進(jìn)程的直接控制，以避免由于下垂控制時(shí)產(chǎn)生的電壓偏移。

并且，要在整體控制操作過程中利用基礎(chǔ)的PI環(huán)節(jié)，強(qiáng)化基礎(chǔ)電壓的補(bǔ)償量，以保證額定電壓以及平均電壓之間不良偏差的消除，基礎(chǔ)平均電壓的計(jì)算方式采取下垂式控制結(jié)構(gòu)，主要利用的公式就是：

這其中，vi是實(shí)際測(cè)得的節(jié)點(diǎn)i的基礎(chǔ)電壓，是經(jīng)過計(jì)算的i的平均電壓，而是和節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)j所計(jì)算出的平均電壓，相關(guān)技術(shù)人員要將本地的電壓微分作為添加項(xiàng)目 ?添加進(jìn)關(guān)系式進(jìn)行相應(yīng)平均電壓的計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于節(jié)點(diǎn)電壓的控制，并且當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓受到不良擾動(dòng)時(shí)，能有效提升基礎(chǔ)電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的相應(yīng)速度，集中運(yùn)行平均電壓的計(jì)算。

另一方面是功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，主要利用的就是不同的蓄電池進(jìn)行充放電流程的控制，保證電流按照不同的基礎(chǔ)比例運(yùn)行不同的結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)表達(dá)式是： ?其中基礎(chǔ)KI是各個(gè)電流占據(jù)的比例，并且在實(shí)際運(yùn)行過程中，為了更好的保證蓄電池能按照相應(yīng)比例系數(shù)進(jìn)行集中的分配，要實(shí)現(xiàn)基本的關(guān)系式：

并且相關(guān)設(shè)計(jì)人員要按照基本的PI環(huán)節(jié)進(jìn)行操作，已實(shí)現(xiàn)有效的電流補(bǔ)充量的增加，并且有效實(shí)現(xiàn)本地基礎(chǔ)電流和平均電流不良偏差的消除。整體電流控制結(jié)構(gòu)和電壓控制結(jié)構(gòu)很相似，要將基礎(chǔ)的蓄電池的整體荷電結(jié)構(gòu)和狀態(tài)作為基礎(chǔ)的控制對(duì)象，有效利用相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行直流微電網(wǎng)內(nèi)荷電狀態(tài)的有效平衡，從而提高整體蓄電池的使用效率，從根本上延長(zhǎng)其使用壽命。

也就是說(shuō)，在實(shí)際下垂式控制結(jié)構(gòu)中，不僅要集中力度監(jiān)管和維持基礎(chǔ)系統(tǒng)中的電壓水平，也要按照基礎(chǔ)負(fù)荷合理化的分配整體系統(tǒng)中的荷電狀況，從而進(jìn)一步優(yōu)化整體系統(tǒng)的下垂式控制。

4結(jié)束語(yǔ)

總而言之，相關(guān)技術(shù)人員要集中優(yōu)化相應(yīng)技術(shù)的升級(jí)，集中力度關(guān)注直流微電網(wǎng)的基礎(chǔ)儲(chǔ)能系統(tǒng)，并集中針對(duì)相應(yīng)的下垂式控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行項(xiàng)目分析和提高，利用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行分布協(xié)調(diào)控制策略的優(yōu)化運(yùn)行。相關(guān)操作要實(shí)現(xiàn)平均電壓控制以及功率有效控制的協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能真正助力整體系統(tǒng)提高穩(wěn)定性。

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