中國儲能網訊：湖南大學電氣與信息工程學院的研究人員賀悝、李勇、曹一家、王煒宇，在2017年第10期《電工技術學報》上撰文，針對多節(jié)點直流配電網電壓穩(wěn)定性差且控制困難的問題，提出一種考慮分布式儲能參與的直流配電網電壓柔性控制策略。
首先，分析直流配電網的拓撲結構，指出了現(xiàn)有控制策略在多節(jié)點電壓調節(jié)方面的不足以及分布式儲能參與調壓的可行性。其次，推導配電網中交直流接口的電壓-頻率耦合關系以及雙向直流接口的級聯(lián)下垂特性。針對配電網端口交直流斷面，將交流電網的頻率波動經虛擬慣性作用與直流電壓波動建立聯(lián)系，生成虛擬電壓差以控制儲能響應頻率波動，減小直流配電網的接入對交流電網的影響。
針對配電網-微網變流器斷面，依據(jù)接口類型的不同設計分布式儲能單元的控制策略，使其響應配電網節(jié)點電壓的變化，增強功率波動時直流電壓動態(tài)穩(wěn)定性，減小配電網運行模式切換的可能性。該策略僅需本地節(jié)點信息，無需通信，可擴展性好。
最后，建立典型的兩端直流配電網的仿真模型，通過系統(tǒng)仿真證明了所提柔性電壓控制策略的有效性。
隨著環(huán)境問題和能源危機的凸顯，分布式能源及具有區(qū)域自治特性的微電網近年來成為研究熱點，高滲透率的可再生能源接入將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行特性，在優(yōu)化用戶配電網供電性能的同時，也給電網的安全可靠運行帶來了新的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)交流配電網由于功率耦合、保護及運行控制器設計復雜、線路損耗大、對諧波污染敏感等缺陷并不適合分布式能源的廣泛接入。直流配電網具有傳輸容量高、電能損耗小、對分布式新能源具有良好兼容性、降低電能多級變換頻率等優(yōu)勢，因此直流配電網將成為未來配電網建設和發(fā)展的趨勢和熱點。
直流電網電壓與功率平衡的關系將決定直流配電網穩(wěn)定運行，因此電壓穩(wěn)定是反映直流配電網穩(wěn)定性的重要指標。目前對于直流配電網的電壓控制策略尚無成熟方案，主要借鑒柔性直流輸電及直流微網的電壓控制策略。
文獻提出基于高帶寬通信的主從控制策略，即選擇某一換流站作平衡節(jié)點，其余換流站定功率控制，此策略實現(xiàn)簡單，但過于依賴站間通信，可靠性不高。文獻提出利用自適應下垂控制策略，即利用給定直流電壓與換流站功率的斜率關系進行多端直流系統(tǒng)的電壓控制，此策略無需通信，但存在穩(wěn)定運行偏差，且下垂系數(shù)的整定較為復雜，不恰當?shù)南禂?shù)選取可能引起系統(tǒng)潮流混亂甚至失穩(wěn)。
文獻提出一種分層式直流微網電壓控制策略，在一次有差下垂控制的基礎上，引入二次電壓調整從而實現(xiàn)電壓質量的提升，但由于直流配電網節(jié)點數(shù)量多，潮流復雜，此方法在分布式控制的前提下難以實現(xiàn)。此外，由于電力電子器件的廣泛使用，將與直流配電網相連的外源交流電網視為無窮大電源已不再合適，配電網端口變流器在考慮穩(wěn)定電壓的同時，需要適當考慮緩解其對交流電網的頻率影響。
為減小分布式電源功率波動特性的影響，儲能（Energy Storage, ES）裝置獲得了廣泛應用。直流配電網中的儲能單元多為分布式布局：一種為獨立配置的儲能單元，通過雙向DC-DC變換器掛接于配電網節(jié)點，追蹤直流電壓變化，控制方式與端口換流站相同；另一種為配置于微網內部的儲能單元。
配置于微網內部的儲能單元有兩種運行模式：①儲能單元在微網并網運行時不起動，在微網孤島運行時作為備用電源起動，則并網運行時配電網的功率調節(jié)負擔較重；②根據(jù)負荷預測數(shù)據(jù)，儲能單元在并網運行時承擔全部凈功率變化量，不能平抑的部分由配電網承擔。以上運行方式存在儲能在單一模式下閑置率過高或依賴歷史數(shù)據(jù)控制精度低的不足。
隨著直流配電網規(guī)模的擴大，節(jié)點數(shù)增多，遠離換流站的節(jié)點電壓控制變得愈加復雜和困難；其次，可再生能源功率的高滲透率隨機頻繁波動亦給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來極大挑戰(zhàn)。
本文首先分析典型直流配電網的組成、不同節(jié)點運行控制方法；然后研究配電網交直流接口、雙向直流接口的虛擬慣性及功率級聯(lián)下垂特性，并基于此提出一種含分布式儲能參與的配電網調壓控制策略。該策略無需通信，可提升配電網電壓的動態(tài)穩(wěn)定性，減小直流配電網功率波動對交流電網的影響。最后，為證明所提控制策略的有效性，搭建直流配電網的仿真模型，并與傳統(tǒng)控制策略進行了對比。
圖1 不同類型配電網節(jié)點的控制策略示意圖
結論
本文針對直流配電網提出了一種含分布式儲能參與的電壓調節(jié)策略。通過理論推導配電網交直流接口電壓頻率耦合關系以及雙向直流接口級聯(lián)下垂特性，控制相應節(jié)點儲能單元補償電壓波動及電網頻率波動，設計了其控制策略及基本參數(shù)。通過系統(tǒng)仿真證明了所提控制策略的有效性。
研究結果表明，基于所提電壓控制策略，可有效減小功率變化時直流配電網母線電壓的波動及其對交流大電網的影響，提升系統(tǒng)魯棒性與故障穿越能力，在保護儲能單元的同時，充分利用了其功率調節(jié)裕量。本文為多端多節(jié)點直流配電網電壓控制及儲能單元的系統(tǒng)級管控提供了一種新的方法。
