【《直流微网传统并联均流控制方法概述》3400字】

直流微网传统并联均流控制方法概述并联均流控制技术概念在直流微网中，各个分布式电源通过电力电子变换器以并联的形式连接在直流母线上，由于各个分布式电源元器件参数、控制参数等差异，实际运行中各个分布式电源输出端口电压无法保持一致，因此造成了输出端电流的较大差别。为了保证各分布式电源能输出/吸收相同功率，防止因某个分布式电源输出/吸收过多功率而导致电力电子功率器件提前老化、使用寿命降低等现象的发生，学者们提出了并联均流控制技术。并联均流控制技术要求各分布式电源稳定输出电压的同时，能输出相同的电流，保证变换器间输出功率一致。以两台分布式电源为例，其等效并联电路如图2-1所示，其中V1，V2为两台变换器输出端电压，I1，I2为两台变换器输出电流，R1图2-1两台分布式电源并联等效电路(a)输出端电压不等，线路阻抗相等(b)输出端电压相等，线路电阻不等图2-2分布式电源输出端电压-电流特性曲线传统并联均流控制技术分类传统的并联均流控制技术主要分为两大类：集中式控制与分散式控制。集中式控制结构作为一种集中控制方式，最常见的形式是主从控制。主从控制结构如图2-3所示，主从控制系统由一个主模块与几个从模块组成，双环控制用于主模块，以保证输出端电压的稳定。主模块电压环输出的指令电流信号通过集中通信方式传输给各个从模块，从模块采用电流环控制形式，在给定的指定电流下运行。该方法能够保证各并联模块的输出电流相等，均流精度高，但当主模块发生故障或通信系统发生故障时，易导致整个微网系统的崩溃，因此该方法可靠性较差。图2-3主从控制结构由于主从控制结构的可靠性较差，因此，分散式控制成为了学者们研究的重点。在分散式控制中，各个分布式电源间不是主从关系，而是平行、对等的关系，各个分布式电源即插即用，不存在某个分布式电源不工作而导致整个系统无法运行的问题。在分散式控制中，下垂控制作为一种简单可靠的多源协调控制策略，是最常见的分散控制手段，因而被广泛使用，下面将对下垂控制进行详细介绍。传统下垂控制法如图2-4所示，可以看出，在直流变换器的电压环控制中，通过调整下垂系数K的大小可以调整变换器输出电压指令Uref的大小，进而调整输出端电压Uc大小，从而调整变换器输出电流图2-4下垂控制法图2-5两台分布式电源下垂控制等效电路图2-5为两台分布式电源并联运行采用下垂控制时的等效电路，Vrefi(i=1,2)为变换器输出电压给定值，Vref1=Vref2。Vbus为直流母线电压值，Voi是输出电压，VV通常，所设置下垂系数的大小应满足以下关系：R其中，∆Vmax为母线电压所允许的最大电压跌落，式(2-1)(2-2)联立求解可得：i其中，R1、R2分别为两台变换器的等效总输出阻抗。若忽略线路阻抗的影响，即有

因此，只要变换器取相同的下垂系数Rd1=Rd2，即可实现io1然而，尽管理论上下垂控制简单可靠，但在实际的直流微网系统中，各台电力电子变换器与直流母线间的线路阻抗不一致。这直接弱化了下垂控制的均流效果。观察式（2-4），线路电阻不等时，各变换器的输出电流与下垂系数不成比例，此时两台变换器输出电流为：i稳态时，两台变换器的输出电流误差为：∆由式（2-7）可看出，线路阻抗的存在降低了变换器间的均流精度，同时，当负载加重，即负载电流iLV由式（2-7）（2-8）可得：d∆由（2-9）式可知，当且仅当R1=R2即Rd1同时，由（2-1）（2-2）式可看出，下垂系数和线路阻抗都会导致直流母线电压跌落，同时，变换器间的电流均分精度与母线电压跌落也是无法兼顾的，具体原因可由图2-6、图2-7看出。图2-6、图2-7展示了母线电压与输出电流的关系曲线，其中图2-6展示了由给定电压偏差造成的输出电流偏差问题，图2-7展示了由输出阻抗偏差造成的输出电流偏差问题。可以看出，不论是何种原因造成的输出电流偏差，当采取小的下垂系数时，电流均分精度较低，而母线电压跌落较小。当采取大的下垂系数时，电流均分精度较高，而母线电压跌落较大。因此，在保证高的电流均分精度的同时保证母线电压的稳定，是直流微网并联均流控制技术亟需解决的问题。图2-6输出电压偏差造成输出电流偏差图2-7输出阻抗偏差造成输出电流偏差对传统下垂控制法进行稳定性分析，图2-8展示了采用下垂控制时该变换器（boost为例）的传递函数框图。其中，Gd(s)、Gm(s)、GPIV(s)、GPII图2-8Boost变换器下垂控制系统传递函数框图通过对上述框图进行化简，可得系统闭环传递函数：G图2-9Boost变换器小信号交流等效电路通过建立如图2-9所示Boost变换器的小信号交流等效电路模型，可得各环节传递函数具体表达式如表2-1所示。该闭环系统传递函数最终可化简为如下形式：G=其中，x4表2-1boost闭环系统传递函数具体表达式传递函数具体表达式G−G1G(k1+G(k3+GDG(RLCVH1并联均流控制技术研究现状基于直流微网的分布式电源均流控制技术研究现状如表2-2所示，主要包括集中式控制，分散式控制，低带宽通信控制及分布式控制。集中式控制及以下垂控制为主的分散式控制属于直流微电网传统的均流控制方法，但是集中式控制的可靠性不高，而下垂控制作为简单可靠的协调控制策略，存在电压控制偏差，同时易受线路阻抗影响。在分散式控制的基础上，近年来出现了一种低带宽通信的控制方式，该方式是对传统下垂控制的一个改进，该通信手段不必通过高速通信即可提高均流精度，属于一种数据量低的通信方式。因此它的通信依赖度低，可靠性高，同时均流与电压调整率相对下垂控制有所改善。而分布式控制作为一种稀疏通信手段，它的通信依赖度比低带宽通信更低，可靠性也比低带宽通信更高，同时该手段也能保证较高的均流精度与母线电压调整率。综合通信依赖度、可靠性、均流精度及电压调整率四个指标进行比较后，可以看出，分布式控制作为一种稀疏通信手段，具有较高的优越性。接下来将对基于一致性算法的分布式控制手段进行重点介绍，同