作為整合分布式能源的一種方式，直流微電網(wǎng)包含儲能、微源、負(fù)荷、并網(wǎng)換流器等四個部分，且隨著微電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，各組成部分之間及其內(nèi)部的協(xié)調(diào)控制也逐漸趨于復(fù)雜，部分研究采用分布式分層控制實現(xiàn)各部分之間的協(xié)調(diào)運行，以維持母線電壓穩(wěn)定，但是協(xié)調(diào)控制參數(shù)選擇并沒有給出明確的原則或可取范圍。

目前關(guān)于直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性研究主要集中在控制器層面小擾動問題的探討上，研究方法一般基于阻抗比判據(jù)。但是，基于阻抗比判據(jù)的分析方法一般從單換流器系統(tǒng)進(jìn)行建模，對于多換流器的系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的化簡；其次阻抗比判據(jù)必須規(guī)定功率的流向，即電源側(cè)輸出功率，負(fù)載側(cè)吸收功率，在實際的直流微電網(wǎng)中，儲能系統(tǒng)、并網(wǎng)換流器單元均可實現(xiàn)功率的雙向流動，無法明確區(qū)分電源的輸出阻抗與負(fù)載的輸入阻抗。

有學(xué)者建立了直流微電網(wǎng)的小信號模型，根據(jù)阻抗匹配準(zhǔn)則，采用增大系統(tǒng)阻尼的方法，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有學(xué)者建立變換器的穩(wěn)態(tài)模型并在穩(wěn)態(tài)工作點附近線性化，根據(jù)零極點的分布研究小干擾信號對直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，但是該方法對電力電子設(shè)備控制器參數(shù)具有依賴性。

而在實際中，直流微電網(wǎng)為復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)，且負(fù)荷種類繁多、數(shù)量龐大（如一個家庭用戶便有多種負(fù)荷），在控制器參數(shù)難以獲知的情況下無法簡化為單變換器的負(fù)荷系統(tǒng)與單源系統(tǒng)級聯(lián)，因此依賴負(fù)荷控制器參數(shù)的級聯(lián)系統(tǒng)模型來分析微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性便不再具有可行性。

關(guān)于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)層面的建模分析，有學(xué)者也做了一定的研究。

• 有學(xué)者對直流微電網(wǎng)的電源、負(fù)荷進(jìn)行建模，從功率的角度分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為直流微電網(wǎng)的設(shè)計提供了參考依據(jù)。
• 有學(xué)者詳細(xì)分析了各單元控制方式，將微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷視為恒功率負(fù)荷，并建立下垂控制方式下直流微電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)模型。
• 有學(xué)者將負(fù)荷歸類為阻性負(fù)荷及恒功率負(fù)荷，并分析與驗證了恒功率負(fù)荷對于微電網(wǎng)穩(wěn)定性影響更大的結(jié)論，這對于穩(wěn)定性分析問題中負(fù)荷模型的簡化具有指導(dǎo)意義。
• 有學(xué)者基于小信號模型分析了下垂控制方式下線路阻抗、濾波系數(shù)等對微電網(wǎng)小干擾穩(wěn)定性的影響，并提出了改善小干擾穩(wěn)定性的前饋控制策略。
• 有學(xué)者在分析微電源的輸出功率傳輸特性和下垂控制原理的基礎(chǔ)上，針對低壓微網(wǎng)中線路阻抗呈阻性的特點對交流微電網(wǎng)的小信號穩(wěn)定性進(jìn)行了探討，對于下垂方式下直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析具有借鑒意義。

但是上述文獻(xiàn)的研究多是通過控制環(huán)的設(shè)計改善微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不能為系統(tǒng)級的穩(wěn)定控制策略的參數(shù)設(shè)計提供一個量化參考。

圖1所示為直流微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)示意圖。并網(wǎng)運行的情況下交流主網(wǎng)可為直流微電網(wǎng)提供功率支撐（以PMG表示），直流母線不會因功率不足而出現(xiàn)電壓崩潰，但當(dāng)并網(wǎng)換流器功率受限時，PMG為常數(shù)，其運行工況與孤網(wǎng)狀態(tài)下PMG=0時相同。

分布式電源采用最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制，穩(wěn)態(tài)情況下表現(xiàn)為恒功率特性，以反向負(fù)荷PDG表示。其次，隨著微電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，儲能系統(tǒng)需采用多換流器并聯(lián)運行，因此本文通過理論推導(dǎo)建立多儲能換流器的并聯(lián)運行時的等效模型，并基于該模型分析了影響微電網(wǎng)穩(wěn)定運行的因素，對不同系統(tǒng)參數(shù)下系統(tǒng)可承受的最大恒功率負(fù)荷進(jìn)行量化。

本文最后基于理論分析設(shè)計了直流微電網(wǎng)分級穩(wěn)定控制策略，從初始參數(shù)選擇、虛擬電阻調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)整三個方面進(jìn)行闡述，并進(jìn)行了仿真及實驗驗證。

圖1 直流微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)示意圖

圖18 實驗平臺

總結(jié)

考慮到直流微網(wǎng)中大量恒功率負(fù)荷的存在會降低系統(tǒng)阻尼進(jìn)而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，本文建立了微網(wǎng)系統(tǒng)等效模型，并對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行理論分析并設(shè)計了三級穩(wěn)定控制策略，得出如下結(jié)論：

• 1）系統(tǒng)穩(wěn)定性受電感、電容、虛擬電阻參數(shù)大小的影響。系統(tǒng)穩(wěn)定性與C的大小正相關(guān)、與P及L的大小負(fù)相關(guān)；在一定工況條件下，r只有在一定范圍內(nèi)才可保持系統(tǒng)穩(wěn)定，且在該范圍內(nèi)由小至大呈現(xiàn)先正相關(guān)后負(fù)相關(guān)的趨勢。
• 2）恒功率負(fù)荷的負(fù)阻特性會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且該負(fù)阻大小與恒功率負(fù)荷的大小正相關(guān)，微電網(wǎng)系統(tǒng)若要穩(wěn)定運行，其負(fù)荷功率需滿足一定限值，且該限值受系統(tǒng)參數(shù)影響。
• 3）改善微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可從r參數(shù)的選擇、r參數(shù)的調(diào)整、P參數(shù)的調(diào)整三個層面來考慮。在r參數(shù)允許范圍內(nèi)，可通過在穩(wěn)定范圍內(nèi)減小虛擬電阻來提升電壓水平；當(dāng)虛擬電阻調(diào)節(jié)受限時，可通過切除負(fù)荷的方式提升電壓水平，保證部分負(fù)荷的正常供電。