基于改进下垂控制的微电网控制研究（Simulink仿真实现）

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💥1 概述

大规模地开发和利用可再生能源是人类应对能源危机和环境污染问题的重要手段，因此，各种

可再生能源的分布式发电技术得到了广泛地关注。微电网由分布式电源 DG（distributed genera⁃

tion）、储能装置、能量转换装置、保护装置和负荷等设备组成，可运行于并网和孤岛两种模式

[1-2] 。微电网并网运行时，电压与频率由系统决定，较易达到功率均分。在孤岛型微电网中，DG需要按照各自的容量对微电网中总负荷进行比例分配。当各DG的线路阻抗不一致时，将导致无功功率不能按照下垂系数进行无功均分[3] ，逆变器之间产生无功环流，影响电网电能质量和系统稳定性[4] 。因此，无功功率的合理分配问题是微电网研究的热点之一。

针对阻抗不匹配引起的无功不能均分问题，国内外学者提出了多种方法。文献[5]提出在DG输出

电压中注入幅值很小的谐波，利用谐波电压频率在整个微电网中都相同的特点来实现比例分配无功功率，但谐波电压的注入使DG输出电压和电流产生畸变，特别是在输出阻抗呈感性的线路中谐波容易被放大，影响电网的电能质量。文献[6]提出P-V和Q-f控制，实现有功和无功功率解耦及功率均分，但该方法与电力系统传统的同步发电机中基于感性阻抗的下垂特性不兼容，会影响系统的稳定性。文献[7]提出调整逆变器的下垂控制系数可以改善无功功率分配偏差问题，但是过大的下垂系数会导致逆变器输出点电压和公共连接点 PCC（point of common cou⁃pling）的电压降落，甚至影响微电网的运行稳定性。文献[8]直接引入负荷侧电压幅值反馈到传统下垂控制策略中，以改善无功功率分配不合理问题，但该方法所需的下垂系数较大，也容易导致系统出现稳定性问题。

1.1 下垂控制分析

文中采用的孤岛型微电网结构简化图如图 1 所示，DG通过逆变器和相应馈线连接到公共母线

上。文中主要研究基波功率的合理分配问题，因此只考虑线性负荷的功率均分问题。中央控制器监

控微电网状态，完成负荷分配。

1.2 模型

📚2 运行结果

2.1 模型搭建

2.2 蓄电池模块

2.4 光伏发电模型

2.5 超级电容模块

2.6 改进下垂控制

为实现直流微电网中储能单元之间功率的合理分配，并减小直流母线电压的偏差，以混合储能系统为研究对象，采用基于关联参数SOC的改进下垂控制策略，将初始下垂系数与储能单元SOC的n次幂的比值作为现行下垂系数，通过改变n值，实现对储能单元充放电速率以及功率分配的控制。同时在改进下垂控制的基础上加入二次控制，从而减小母线电压的波动。在接入纯阻性负载与冲击性负载2种情况下，对比双闭环控制和下垂控制作的仿真曲线图，获得较好的稳压效果。

对于蓄电池和超级电容，SOC的计算方法：

在改进下垂控制的方法中，蓄电池和超级电容采用P-U下垂控制，具体表达式为：

上式中，Udcref1和Udcref2为蓄电池和超级电容对应变换器的输出电压；m1和m2为蓄电池和超级电容SOC为1时的初始下垂系数；P1*和P2*为蓄电池和超级电容对应变换器通过低通滤波器滤波的输出功率。

可以看出，在改进的下垂控制方法中，下垂系数和蓄电池和超级电容SOC的n次幂呈反比。由于系统的物理尺度变化幅度较小，储能单元对应的变换输出电压近似可得：

等式右侧为公共连接点处的负荷母线电压。

变换器的输出功率和SOC的n次幂呈正比，当SOC1大于SOC2时，蓄电池提供较多负荷功率，下降速度较快。反之亦然。最终二者趋于相等，实现负荷均衡的目的。因此，下垂控制结构图如下：