卢自宝, 钟尚鹏, 郭戈. 基于分布式策略的直流微电网下垂控制器设计. 自动化学报, 2021, 47(10): 2472−2483

http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c190628?viewType=HTML

电压平衡和负荷分配是直流微电网的两个基本控制任务。电压平衡能够确保母线所连接负载的正常工作, 负荷分配可以防止任一微源的过度出力。直流微电网的母线电压能够反映系统的功率平衡, 通过控制微电网的母线电压平衡，即可控制各微源、储能装置及负载间的功率平衡，从而维持微电网的稳定运行。微电网实现微源间负荷的合理分配是微电网协调控制的重要目标。

在直流微电网的协调控制中，下垂控制对实现直流微电网的母线电压平衡和负荷分配起到了重要作用,因此直流微电网下垂控制器的设计则成为了重要的技术环节。目前，下垂控制已在直流微电网的控制中得到广泛应用。然而，传统的下垂控制在对直流母线电压进行调整时, 会导致电流共享差以及直流母线电压下降的。当下面对分布式目标大规模渗透的情况，如何在系统层面通过设计下垂控制器实现直流微电网的负荷分配和电压平衡之间的最优平衡变得尤为重要。因此，基于分布式控制策略和多目标优化实现负荷分配和电压平衡之间的权衡，并通过所得到的全局最优解，对下垂控制器进行设计则具有了重要意义。

本文给出一种新的基于分布式策略的下垂控制器设计方法, 能够在统一的框架下实现直流微电网负载共享和电压平衡. 具体贡献总结如下:     

1) 将直流微电网的负载共享和电压平衡问题转化为多目标优化问题, 其性能指标与微源的容量密切相关且能在负载共享和电压平衡之间实现权衡. 通过最优化该性能指标求得同时实现负载共享和电压平衡的最优解, 即集中式控制策略, 并通过设计的下垂控制器实现微电网的电压平衡和负荷分配.

2) 给出一种能够降低通信负担的分布式控制策略, 通过理论分析证明了该分布式策略能够指数收敛到多目标优化问题的最优解. 与集中式策略相比, 该分布式控制策略能在不增加系统复杂度的情况下, 降低系统的通信负担, 提高微电网的灵活性和稳定性.