黄灿英，晏慧敏，杨墉金，宁 珍

（1.江西建设职业技术学院，江西 南昌 330200；2.江西农业工程职业学院，江西 樟树 331200）

0 引 言

直流微电网由分布式发电系统和储能装置组成，输出直流电，且不存在频率、相位、无功等复杂参量[1]。通过提高直流微电网的有效控制水平，对保证微电网的稳定运行和安全供电具有重要意义[2-4]。传统的下垂控制方法已经不能同时满足分布式电源的输出电流调节和直流母线电压的控制需求，对于微电网的控制并不稳定，极易造成能源损耗[5]。为此，本文提出了基于分段下垂的直流微电网协调控制方法。

1 分段下垂控制方法设计

1.1 建立直流微电网下垂控制的数学模型

直流微电网的控制重点是电网中的直流母线电压，确保电压值不超过适度范围，以维持可靠的电力输出状态[6,7]。在直流微电网协调控制中，需要考虑变换器的输出功率。假设在电网结构中存在某一变换器a，其输出的电压为U，则可以求出相应的功率P为

式中：Ia为变换器a的输出电流参数。为了减少电流参数的偏差值，应控制母线电压在稳定范围内。在直流微电网中，假设母线电压为Um，各结构元件处于并联状态，则可以认为Um=U[8-10]。直流微电网电压下垂控制可以表示为

式中：u为母线电压的期望参数；cm为微电网中并联变换器输出的等效阻抗参数；Im为变换器输出的电流参数。经过计算可以求出母线电压的参考值Umn，多数情况下Umn变化范围控制在10%以内为宜。通过以上方法能够计算出直流微电网中的电压、电流等参量，进而实现对分布式电源的下垂控制。

1.2 扰动观察法控制光伏电源能量输出

在光伏电源能量输出特性的基础上建立相应的数学模型，其计算公式可以表示为

式中：Iqph为光伏电源中的光生电流参数，一般情况下与光照强度成正比；Iq0为电源的反向饱和电流参数值；w为电源中电子的负荷参数；Ue为电源负载端的电压参数；Rcs为结构中与电源串联电阻的参数；IA为电源PN结理想状态下的平均电流参数；K为玻尔兹曼常数；T为电源中的绝对温度参数。

为了实现控制光伏电源的最大功率，使用扰动观察法进行跟踪。具体流程为：在微电网电路结构中添加一个变换电路进行扰动，用来改变电源的输出电压参数值；测量母线电路中电源输出端的电压参数和电流参数，基于这2个参数计算光伏电源的输出功率；判断当前输出功率与前一时段输出功率的大小，若前一时段的参数小，则可以推测出前一时段光伏电源所输出的电压参数同样也小于当前时段；通过判断推测光伏电源运行时的最大功率点位置，进而对变换电路进行控制，以调整光伏电源输出电压值的大小。通过上述方法能够最大限度地利用光能，并控制电源电压处在适度范围内，保持最大的能量输出。

1.3 分段下垂控制母线电压的稳态偏差

建立微电网下垂控制的数学模型，其中的要点就在于对母线电压的稳态控制，进而对变换器的电流进行合理分配。基于粒子群算法对直流微电网进行控制，以调节母线电压的稳态偏差。

将下垂曲线进行分段，每一段的负载都会相应增加，使得曲线斜率变化。在运行过程中添加下垂段，功率参数f相应的计算公式为

式中：b表示分段的有功下垂系数；p表示有功功率。

同时，直流微电网结构中母线电压U为

式中：Q表示无功功率参数。

以直流微电网中的母线电压偏差值为例，假设其差值子项为R，计算公式为

式中：n为该结构中变换器的数量；t为当前分段的下垂系数；ΔU为结构中母线补偿电压。

在建立好误差项的函数关系式后，对该直流微网结构内的微源、储能元件的变流器进行控制，通过粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）实时控制模块搜寻上述目标函数的最小值，保证母线电压严格等于放电给定电压。

1.4 补偿母线电压交流侧阻优化电网协调控制

为了保证直流微电网结构中的母线电压处于相对稳定的状态，需要使电网结构中有功功率p的二倍频振荡分量为0，即需要满足g=0。考虑到直流微电网结构中变换器的输出功率，对母线电压交流侧阻进行补偿，其计算公式为

式中：pg为输入阻抗上的功率；pd为母线交流侧瞬时输出的有功功率。为了保证母线直流电压的稳定，需要消除pg参数的存在。通过调节上述变量关系，能够保证直流微电网母线电压处于较稳定的状态，降低电压的波动差异，优化微电网的协调控制。

2 实验论证分析

为了验证本文设计方法的先进性，将其与传统下垂控制方法进行对比。构建双闭环的微电网控制框架，在其中加入电压、电流调节控制器，调整该微电网结构的输出信号，在此基础上记录2种方法下母线电压的变化情况。

记录相同运行时间下2种控制方法在微直流电网中的母线电压参数值，具体实验结果如图1所示。

由图1可知，本文设计的控制方法能够对微电网中的母线电压进行平稳控制，将差值控制在极小范围内。在此基础上，记录2种控制方法下的电力的损耗变化情况，具体结果如图2所示。

由图2可知，本文设计方法在微电网控制过程中的损耗极少，具有显著的节能优势。

3 结 论

为了突破传统垂直控制方法在控制直流微电网稳定运行方面的局限性，提出基于分段下垂的协调控制方法，并通过补偿母线电压来优化对微电网的分段下垂协调控制。实验结果表明，本文设计的微电网协调控制方法在实际控制过程中母线电压波动较小，而且电力损耗也较小，具有明显的优势。