中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 異構(gòu)儲(chǔ)能單元（HESU）對(duì)網(wǎng)絡(luò)化微電網(wǎng)（NMG）分布式控制的影響
實(shí)現(xiàn)凈零能耗的目標(biāo)需要增加凈零分布式能源（DER）的比例。微電網(wǎng)（MG）可以整合凈零DER，考慮到單個(gè)MG的發(fā)電能力有限和特定的地理邊界，最常用的方法是將多個(gè)MG互連構(gòu)成一個(gè)NMG系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)靈活的能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)滿足發(fā)電、輸電和配電的需求，是高效利用DER不可或缺的組成部分。因此，有必要配置多組分布式HESU，以解決NMG系統(tǒng)中凈零DER的不確定性。此外，由于使用需求的不同，HESU表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性、不確定性以及功能、參數(shù)和信息的不對(duì)稱性，這些特點(diǎn)對(duì)分布式控制提出了挑戰(zhàn)。具有凈零DER的NMG系統(tǒng)具有復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和操作特性，這需要開發(fā)一種適應(yīng)性強(qiáng)且具有魯棒性的控制方法來解決這些變化并確保NMG的穩(wěn)定性。圖1給出了NMG的系統(tǒng)配置。
圖1 NMG的系統(tǒng)配置
2 NMG考慮多時(shí)延的意義
時(shí)延是NMG系統(tǒng)的固有特性。NMG系統(tǒng)的分布式控制策略依賴于MG和HESU之間的信息交換，這不可避免地會(huì)造成時(shí)延。通常，時(shí)延包括通信時(shí)延、狀態(tài)時(shí)延和輸入時(shí)延，這些都會(huì)影響NMG系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際場(chǎng)景中，通信時(shí)延不影響NMG系統(tǒng)的收斂，但會(huì)影響NMG系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，導(dǎo)致收斂時(shí)間變長。然而，系統(tǒng)的一致性收斂性與輸入時(shí)延密切相關(guān)，而與通信時(shí)延無關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)保持不變時(shí)，較大的輸入時(shí)延會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散，阻礙系統(tǒng)一致性收斂。據(jù)報(bào)道，大多數(shù)關(guān)于MG一致性問題的現(xiàn)有研究都沒有考慮時(shí)延，特別是狀態(tài)時(shí)延。然而，并不是所有的狀態(tài)變量都可以在NMG中測(cè)量。NMG系統(tǒng)中多種類型時(shí)延的存在會(huì)顯著降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，研究具有多種時(shí)延類型的NMG的穩(wěn)定性是一個(gè)有待突破的挑戰(zhàn)。
3 多時(shí)延下NMG分布式控制面臨哪些挑戰(zhàn)？
與已有研究相比，本文提出的基于嵌套預(yù)測(cè)器的分布式控制策略可以主動(dòng)補(bǔ)償NMG中的時(shí)延，而不是被動(dòng)容忍，具有更高的可靠性和魯棒性。多時(shí)延下NMG分布式控制面臨的主要挑戰(zhàn)如下:
1) NMG系統(tǒng)中狀態(tài)時(shí)延、輸入時(shí)延和非對(duì)稱通信時(shí)延的存在會(huì)影響控制性能，甚至可能導(dǎo)致公共連接點(diǎn)（point of common coupling，PCC）總線電壓振蕩和系統(tǒng)不穩(wěn)定。據(jù)我們所知，目前關(guān)于同時(shí)考慮狀態(tài)時(shí)延、輸入時(shí)延和通信時(shí)延的NMG系統(tǒng)控制方法的文獻(xiàn)很少，這對(duì)NMG系統(tǒng)的控制提出了很大的挑戰(zhàn)。
2) NMG系統(tǒng)中HESU的容量差異、相應(yīng)的線路電阻失配，這些因素可能會(huì)阻礙HESU的荷電狀態(tài)（SOC）平衡和準(zhǔn)確的功率分配。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)NMG系統(tǒng)中HESU的一致性控制，將NMG系統(tǒng)的PCC總線電壓調(diào)節(jié)到其額定值，同時(shí)滿足SOC平衡的要求也是面臨的挑戰(zhàn)之一。
3) 構(gòu)建控制策略能使NMG系統(tǒng)有效抵抗多個(gè)時(shí)延的影響，具有較高的可靠性和魯棒性，研究具有多種時(shí)延類型的NMG系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個(gè)有待突破的挑戰(zhàn)。
4 如何構(gòu)建多時(shí)延下NMG分布式控制框架？
本文提出一種基于嵌套預(yù)測(cè)器的分布式控制策略，采用基于嵌套預(yù)測(cè)器的反饋協(xié)議，該策略可以增強(qiáng)具有多種時(shí)延的NMG系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并減輕多時(shí)延對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。構(gòu)建基于嵌套預(yù)測(cè)器的狀態(tài)反饋控制策略來預(yù)測(cè)未來狀態(tài)信息，可以減輕NMG系統(tǒng)中時(shí)延的影響。其中，所設(shè)計(jì)的嵌套預(yù)測(cè)器通過步長r遞歸地獲得未來的狀態(tài)信息，狀態(tài)延遲相當(dāng)于步長，并且可以被處理。此外，輸入時(shí)延和通信時(shí)延可以得到充分補(bǔ)償。圖2給出了多時(shí)延下NMG分布式控制框架。
圖2 多時(shí)延下NMG分布式控制框架
5 所提分布式控制策略的效果如何？
本工作基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明所提控制策略具有較強(qiáng)的抗多時(shí)延能力，以及較高的可靠性和魯棒性。圖3給出了不同光強(qiáng)和局部負(fù)載下HESU的輸出功率。由圖3可以看出，在第1階段，只有下垂控制被激活。在t=9 s時(shí)，實(shí)施了所提控制策略。在t=12 s之前，由于光強(qiáng)不足，NMG系統(tǒng)不得不從HESU中獲取功率，此時(shí)SOC和輸出功率之間的平衡仍然難以捉摸。然而，在t=12 s時(shí)，光強(qiáng)增加，可以觀察到，HESU的輸出功率明顯降低，但仍處于放電狀態(tài)。然后，在t=18 s時(shí)，光強(qiáng)進(jìn)一步增加，可以看出NMG系統(tǒng)在滿足負(fù)荷需求后仍有剩余功率。經(jīng)過一個(gè)暫態(tài)波動(dòng)過程，NMG系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)SOC平衡和準(zhǔn)確的穩(wěn)態(tài)功率分配。圖4給出了多時(shí)延下HESU的PCC母線電壓，可以觀察到，所提控制策略可以使PCC總線電壓恢復(fù)到其額定電壓，表明所設(shè)計(jì)的控制器有較強(qiáng)的魯棒性。
圖3 不同光強(qiáng)和局部負(fù)載下HESU的輸出功率
圖4 多時(shí)延下HESU的PCC母線電壓
