2.3直流微电网运行模式切换
上述分析中指出直流微电网存在多种运行模式:联网运行、限流运行以及独立运行。如何实现多种运行模式平滑切换,也是直流微电网稳定控制研究的重点之一。
目前,直流微电网多运行模式切换主要可采用集中式控制和分布式控制2种策略。其中,在集中式控制结构中,直流微电网通过中央控制器,依靠高速通信实时收集底层各设备运行数据和运行状态并实时下发相应控制指令或运行模式切换控制指令。这种控制结构对中央控制器和集中通信的要求较高,一旦二者中某个环节出现故障都会导致直流微电网无法实现协调控制,严重时将导致系统崩溃,因此该控制结构会降低直流微电网的供电可靠性和系统可扩展性。
分布式控制结构中通常无需依靠设备之间的通信,只需要利用本地的信息就能实现设备的自我控制和自我管理。直流母线电压作为反映直流微电网系统功率平衡的唯一指标,常被作为系统的公共信号来实现直流微电网内不同单元之间的输出功率协调控制。上述文献均提出以直流母线电压为控制信号的直流微电网能量管理和协调策略,主要思想是通过检测直流微电网母线电压的变化量来决定系统中各接口变流器的工作模式(见图7),无需相互通信,使直流微电网具备“即插即用”功能。
上述文献中提出的基于公共直流母线电压变化信号的直流微电网运行模式切换控制方法,各单元控制系统需要在功率控制模式和电压控制模式之间进行切换,往往需要增加参考补偿才能保证控制系统和运行状态平滑切换;而且由于预先设置好下垂控制曲线,无法实时动态调整多个功率平衡单元(尤其是储能单元)之间的功率合理分配。
图7不同模式下直流微电网母线电压控制
2.4直流微电网稳定性问题
直流微电网的稳定性问题一直是关注的重点。近年来,国内外许多学者已经从不同方面对直流微电网的稳定性课题展开了深入的研究。直流微电网的稳定性问题主要可以分为以下2类。
1)由变流器负载(即恒功率负荷)与弱阻尼LC滤波器之间级联所引起的高频振荡。
直流微电网中,大量分布式接入的可再生能源发电单元、电动汽车等负荷,为了提高其输出功率或充放电功率控制灵活性及满足不同直流电压等级需求,一般通过变流器接入,具有明显的恒功率负荷特性,且构成了多变流器接入环境。为保证负载变换器稳定工作,同时减少电磁干扰噪声,通常在负载变换器的前级都会加入输入滤波器,其基本结构见图8。恒功率负荷表现出负阻抗特性,会减小系统阻尼,当系统中恒功率负荷变化时,其与弱阻尼LC滤波器之间相互影响,容易引起谐振。文献[37]研究指出直流微电网中多电力电子变流器环境以及恒功率负荷呈现的负阻抗特性易降低系统阻尼,诱发系统谐振,且谐振频率会随着负荷或分布式电源的接入容量、位置或数量的变化而发生变化,会给系统的稳定运行带来不利影响,对系统的谐振抑制和阻尼控制等是一大挑战。
图8直流系统中级联供电结构