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可再生能源的應(yīng)用和分布式發(fā)電技術(shù)的興起提供了微電網(wǎng)誕生的契機(jī)，自微電網(wǎng)誕生以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此領(lǐng)域已取得顯著的研究成果。直流微電網(wǎng)無(wú)需考慮頻率、相位和無(wú)功等因素，控制簡(jiǎn)單，已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

直流微電網(wǎng)分為聯(lián)網(wǎng)和獨(dú)立兩種類(lèi)型。聯(lián)網(wǎng)型直流微電網(wǎng)與交流電網(wǎng)連接，相互支撐，互為備用。獨(dú)立型直流微電網(wǎng)通常脫離交流電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，由微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元維持內(nèi)部功率平衡，提高可再生能源的利用率，適合海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)供電。

直流微電網(wǎng)分布式微源具有間歇性和不確定性的特點(diǎn)，因此需要儲(chǔ)能單元快速響應(yīng)分布式微源功率變化，平抑微電網(wǎng)功率波動(dòng)，降低母線電壓波動(dòng)。研究?jī)?chǔ)能單元控制策略已成為直流微電網(wǎng)研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一，其控制策略的優(yōu)劣對(duì)于直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

圖1 光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)

直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制策略的研究主要集中在比例積分（Proportional Integral, PI）控制和模型預(yù)測(cè)控制。

基于比例積分控制的儲(chǔ)能單元控制策略在直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中有著積極的作用，但比例積分控制動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，控制器參數(shù)設(shè)計(jì)困難。

模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control, MPC）是一種非線性最優(yōu)控制方法，具有控制效果好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)。但模型預(yù)測(cè)控制需要遍歷電力電子變換器可能出現(xiàn)的所有工作狀態(tài)，根據(jù)尋優(yōu)約束尋找最優(yōu)的控制矢量，因此被稱(chēng)為有限控制集模型預(yù)測(cè)控制（Finite Control Set Model Predictive Control，F(xiàn)CS-MPC）。該策略通過(guò)預(yù)測(cè)模型和滾動(dòng)優(yōu)化尋優(yōu)求解，在線計(jì)算量大，且開(kāi)關(guān)頻率不固定，不利于提高儲(chǔ)能響應(yīng)速度。

鑒于目前5G通信技術(shù)的應(yīng)用已實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸，西安理工大學(xué)電氣工程學(xué)院、電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)）的研究人員張偉亮，張輝，支娜，王韓偉，曾成，在2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對(duì)直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能變換器，提出一種基于節(jié)點(diǎn)源荷差分電流的控制策略。

圖2節(jié)點(diǎn)差分電流的儲(chǔ)能變換器控制流程

研究人員通過(guò)計(jì)算直流微電網(wǎng)源荷功率差額，確定儲(chǔ)能交互功率，并計(jì)算儲(chǔ)能調(diào)節(jié)電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)儲(chǔ)能變換器占空比。他們指出，該方法無(wú)需遍歷變換器開(kāi)關(guān)管的所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相較有限集模型預(yù)測(cè)控制，省去了遍歷儲(chǔ)能變換器工作狀態(tài)和尋優(yōu)求解的過(guò)程，克服了有限集模型預(yù)測(cè)控制在線計(jì)算量大、開(kāi)關(guān)頻率不固定的問(wèn)題，且不受儲(chǔ)能側(cè)電感影響，縮短了儲(chǔ)能變換器響應(yīng)時(shí)間，降低了在線計(jì)算量，提高了響應(yīng)速度和精度。

仿真和實(shí)驗(yàn)證明，該策略在光伏或負(fù)荷受到擾動(dòng)以及光伏故障等情況時(shí)，均可快速平衡直流微電網(wǎng)功率波動(dòng)，降低了母線電壓和負(fù)荷電流的波動(dòng)。研究人員指出，該控制策略針對(duì)等效后的儲(chǔ)能進(jìn)行了研究，未對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能間能量的協(xié)調(diào)分配進(jìn)行討論，后續(xù)將進(jìn)一步研究多個(gè)儲(chǔ)能間能量的分配與優(yōu)化。

本文編自2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于節(jié)點(diǎn)源荷電流差分的直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能變換器控制策略”。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目的支持。