中國儲能網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)電壓柔性控制策略。
首先，分析直流配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)端口交直流斷面，將交流電網(wǎng)的頻率波動經(jīng)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(wǎng)的接入對交流電網(wǎng)的影響。
針對配電網(wǎng)-微網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)供電性能的同時，也給電網(wǎng)的安全可靠運行帶來了新的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)將成為未來配電網(wǎng)建設和發(fā)展的趨勢和熱點。
直流電網(wǎng)電壓與功率平衡的關系將決定直流配電網(wǎng)穩(wěn)定運行，因此電壓穩(wěn)定是反映直流配電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標。目前對于直流配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)相連的外源交流電網(wǎng)視為無窮大電源已不再合適，配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)內部的儲能單元。
配置于微網(wǎng)內部的儲能單元有兩種運行模式：①儲能單元在微網(wǎng)并網(wǎng)運行時不起動，在微網(wǎng)孤島運行時作為備用電源起動，則并網(wǎng)運行時配電網(wǎng)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(wǎng)運行時承擔全部凈功率變化量，不能平抑的部分由配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的組成、不同節(jié)點運行控制方法；然后研究配電網(wǎng)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(wǎng)調壓控制策略。該策略無需通信，可提升配電網(wǎng)電壓的動態(tài)穩(wěn)定性，減小直流配電網(wǎng)功率波動對交流電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)節(jié)點的控制策略示意圖
結論
本文針對直流配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)母線電壓的波動及其對交流大電網(wǎng)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(wǎng)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。
