基于下垂控制的直流微电网小扰动稳定性分析︱本刊学术

上海电力学院电气工程学院、上海致维电气有限公司的研究人员杨道培、丁志刚、曹炜，在2015年第8期《电气技术》杂志上撰文，针对基于下垂控制的直流微电网的稳定性问题，搭建了包括AC/DC整流器和DC/DC变流器及其控制系统的直流微电网系统模型，并在此基础上对直流微电网进行了小扰动稳定性分析，得出了在采取不同下垂系数时的系统特征值。

算例结果表明，在设置合理的控制器参数和滤波器参数的前提下，直流微电网在下垂系数较大时仍能保持稳定。为进一步验证分析方法的有效性，对所研究的直流微电网进行了时域仿真，仿真结果验证了小扰动稳定性分析的正确性。

微电网作为一种新型电网形式，由微电源、储能装置、负荷组成，可以并网运行，也可以孤岛模式运行[1]。微电网有多种控制策略，一般采用下垂控制方法，可以实现微电源间无需通信的并联运行并且具有较好的动态性能[2]。在传统交流微电网中，下垂控制机组在其下垂系数较大的情况下，系统稳定性较差[3]，而较大的下垂系数有利于功率的精确分配[4]，因此在交流微电网中难以设置理想的下垂系数。

与交流微电网相比，直流微电网具有便于控制、供电可靠性高、电能质量好、经济性好等显著优点[5-7]。文献[8]采用下垂控制法调节电网电压，并实现了两个微电源间的负载平衡，但并没有对系统稳定性进行分析；文献[9]采用状态空间法建立了直流微电网中多种变流装置的平均模型并进行了小扰动稳定性分析，但没有采用下垂控制策略。

本文建立了含有DC/DC变流器和AC/DC整流器的直流微电网状态空间小信号模型，通过系统特征根分析和时域仿真验证了在较大下垂系数下直流微电网仍能保持稳定运行。

结论

直流微电网与传统电网相比，在降低能耗、增强供电可靠性、提高电能质量等方面具有一定潜力。针对直流微电网的电压稳定性问题，建立了包括AC/DC整流器和DC/DC变流器的直流微电网系统模型，进行了小扰动稳定性分析和相应的时域仿真。

算例表明，基于下垂控制的直流微电网与交流微电网不同，在合理设置控制器参数和滤波器参数的前提下，选取较大的下垂系数系统仍能保持稳定运行，考虑到过大的下垂系数会引起系统电压偏差过大，因此在下垂系数选取的合理范围内，下垂系数的改变不会引起系统稳定性的问题。