直流变换器中超调量与什么有关(西安理工大学科研人员提出直流微电网储能变换器的控制新策略)

可再生能源的应用和分布式发电技术的兴起提供了微电网诞生的契机，自微电网诞生以来，国内外学者在此领域已取得显著的研究成果。直流微电网无需考虑频率、相位和无功等因素，控制简单，已成为当前研究热点之一。

直流微电网分为联网和独立两种类型。联网型直流微电网与交流电网连接，相互支撑，互为备用。独立型直流微电网通常脱离交流电网独立运行，由微电网储能单元维持内部功率平衡，提高可再生能源的利用率，适合海岛和边远地区供电。

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直流微电网分布式微源具有间歇性和不确定性的特点，因此需要储能单元快速响应分布式微源功率变化，平抑微电网功率波动，降低母线电压波动。研究储能单元控制策略已成为直流微电网研究的重点与热点之一，其控制策略的优劣对于直流微电网的稳定运行至关重要。

图1 光储直流微电网

直流微电网储能控制策略的研究主要集中在比例积分（Proportional Integral, PI）控制和模型预测控制。

基于比例积分控制的储能单元控制策略在直流微电网协调控制中有着积极的作用，但比例积分控制动态调节时间较长，控制器参数设计困难。

模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）是一种非线性最优控制方法，具有控制效果好、鲁棒性强等特点。但模型预测控制需要遍历电力电子变换器可能出现的所有工作状态，根据寻优约束寻找最优的控制矢量，因此被称为有限控制集模型预测控制（Finite Control Set Model Predictive Control，FCS-MPC）。该策略通过预测模型和滚动优化寻优求解，在线计算量大，且开关频率不固定，不利于提高储能响应速度。

鉴于目前5G通信技术的应用已实现了微电网高速可靠的数据传输，西安理工大学电气工程学院、电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室（清华大学）的研究人员张伟亮，张辉，支娜，王韩伟，曾成，在2022年第9期《电工技术学报》上撰文，针对直流微电网储能变换器，提出一种基于节点源荷差分电流的控制策略。

图2节点差分电流的储能变换器控制流程

研究人员通过计算直流微电网源荷功率差额，确定储能交互功率，并计算储能调节电流，进而调节储能变换器占空比。他们指出，该方法无需遍历变换器开关管的所有开关状态，相较有限集模型预测控制，省去了遍历储能变换器工作状态和寻优求解的过程，克服了有限集模型预测控制在线计算量大、开关频率不固定的问题，且不受储能侧电感影响，缩短了储能变换器响应时间，降低了在线计算量，提高了响应速度和精度。

仿真和实验证明，该策略在光伏或负荷受到扰动以及光伏故障等情况时，均可快速平衡直流微电网功率波动，降低了母线电压和负荷电流的波动。研究人员指出，该控制策略针对等效后的储能进行了研究，未对多个储能间能量的协调分配进行讨论，后续将进一步研究多个储能间能量的分配与优化。

本文编自2022年第9期《电工技术学报》，论文标题为“基于节点源荷电流差分的直流微电网储能变换器控制策略”。本课题得到了国家自然科学基金面上项目和陕西省重点研发计划资助项目的支持。