鄭濟(jì)林 ，王 軍 ，孫 章 ，吳 帆

（1.西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院，成都 610039；2.西華大學(xué)流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610039）

目前，電網(wǎng)中光伏PV（photovoltaic）發(fā)電等可再生新能源逐漸增加的滲透率促進(jìn)了微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。相比于交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)由于不存在相位同步、無功功率損耗、諧波電流和變換器損耗等問題，逐漸受到人們越來越多的關(guān)注[1-2]。直流微電網(wǎng)中分布式發(fā)電DG（distributed generation）單元的控制模式一般可分為集中式控制、分散式控制和分布式控制。在分散式控制中，下垂控制由于在低通信需求下即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電單元輸出功率均分，滿足系統(tǒng)中各單元分布式接入的需求，近年來在直流微電網(wǎng)控制中得到廣泛研究和應(yīng)用[3-4]。

然而，傳統(tǒng)下垂控制由于引入了虛擬電阻，使得在母線電壓穩(wěn)定和實(shí)現(xiàn)功率均分上存在相互沖突的矛盾。此外，各單元變換器到直流母線之間的線路電阻的隨機(jī)性也會(huì)影響功率均分的精度。為了解決以上問題，人們在傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上開展了大量改進(jìn)工作。首先，通過增加集中式二次控制策略，來克服下垂控制的固有缺陷。文獻(xiàn)[5]采用一種集中式的二次補(bǔ)償控制，其中央控制器在接收母線電壓偏差后將控制信號(hào)發(fā)送到所有DG單元，但該二次控制存在容易遭受單點(diǎn)故障和無法即插即用的問題。文獻(xiàn)[6]對下垂系數(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)相應(yīng)系統(tǒng)中負(fù)荷容量的實(shí)際大小來進(jìn)一步調(diào)整下垂系數(shù)，但始終無法較好地收縮母線電壓的偏離范圍。文獻(xiàn)[7]提出通過微電網(wǎng)通信層的全局通信獲得各個(gè)DG單元的輸出電流，計(jì)算平均電流并將其與實(shí)際電流作差，然后將偏差送入PI控制器來獲得各單元的控制信號(hào)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的功率均分和母線電壓恢復(fù)，這種利用全局通信的控制方法可以克服對中央控制器的依賴，但是對通信的要求依然較高。

近年來，人們提出了基于一致性的分布式控制策略，僅需要本地的狀態(tài)信息和鄰居單元的狀態(tài)信息即可使系統(tǒng)的控制變量趨于一致，不存在單點(diǎn)故障的問題，具有較好的靈活性、可拓展性和魯棒性。已有一些文獻(xiàn)就基于一致性算法的下垂控制二次補(bǔ)償策略在微電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)研究。文獻(xiàn)[8]提出了一種基于離散一致性算法的改進(jìn)自適應(yīng)下垂控制策略，控制節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)交換電壓信息后通過本地的一致性算法估測全局平均電壓，并動(dòng)態(tài)計(jì)算滿足均流和調(diào)壓要求的目標(biāo)虛擬電阻。文獻(xiàn)[9]提出一種基于對等稀疏網(wǎng)絡(luò)的離散一致性算法控制策略，僅通過與鄰居單元進(jìn)行有限通信就可實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)各單元之間功率均分和母線電壓的穩(wěn)定。文獻(xiàn)[10]提出了一個(gè)基于改進(jìn)一致性算法的電流狀態(tài)觀測器，并根據(jù)主電源輸出電流差值來產(chǎn)生1個(gè)母線電壓參考值的修正量，以此來恢復(fù)直流母線電壓。

上述分布式一致性控制策略均可以在低通信需求下實(shí)現(xiàn)對下垂控制的二次控制，使得直流微電網(wǎng)達(dá)到功率均分和恢復(fù)母線電壓。但是在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，由于通信帶寬有限，鄰居單元之間的通信次數(shù)應(yīng)盡量少，同時(shí)減少控制器更新頻率也可以延長其使用壽命。

綜合考慮以上問題，本文提出一種基于一致性算法的孤島型直流微網(wǎng)改進(jìn)下垂控制策略，在第1層的本地控制中，采用傳統(tǒng)的下垂控制方法以滿足微網(wǎng)中分布式單元之間基本的功率均分需求；第2層控制采用事件觸發(fā)的分布式平均一致性算法來改進(jìn)傳統(tǒng)下垂控制的固有缺陷。單元之間只需在滿足事件觸發(fā)機(jī)制時(shí)與鄰居單元通信，即可完成二次電壓恢復(fù)和功率均分控制，保證控制性能的同時(shí)有效減少了通信次數(shù)，降低了對通信的需求。同時(shí)，PV單元可根據(jù)儲(chǔ)能ES（energy storage）單元情況自動(dòng)切換運(yùn)行模式，保證直流微網(wǎng)功率平衡。

1 直流微電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成及圖論

1.1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖1為典型的獨(dú)立光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)電源性質(zhì)的不同可分為PV單元和ES單元，各個(gè)單元通過變換器接入公共直流母線，利用通信層的低寬帶通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，控制各自的輸出電壓、電流和荷電狀態(tài)SOC（state of charge），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓穩(wěn)定和功率平衡。

圖1 典型光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of typical PV ES DC microgrid

1.2 代數(shù)圖論

圖論作為一門應(yīng)用十分廣泛且極其有用的數(shù)學(xué)分支，在物理、生物、經(jīng)濟(jì)、信息論、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域都可以找到應(yīng)用場景，其可將對實(shí)際問題的分析抽象成對圖的分析，簡化實(shí)際問題的復(fù)雜度。因此，在直流微電網(wǎng)中可以用無向圖G?(V,E)來表示分布式單元之間的通訊連接拓?fù)?，其中V={1,2,…,N}為有限非空節(jié)點(diǎn)集，N為無向圖G中總的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，E?V×V為圖的邊集。

在直流微電網(wǎng)的通訊拓?fù)渲?，將每個(gè)分布式單元都看作是圖G的1個(gè)節(jié)點(diǎn)，單元之間的通訊連接作為圖G的邊，用1個(gè)N×N的矩陣A=A(G)=(aij)來表示圖G的鄰接矩陣。若分布式單元i與j之間存在通訊連接，則說明圖G中節(jié)點(diǎn)i與j之間存在邊，令鄰接矩陣A中對應(yīng)的元素aij為1，否則為0，即

若aij為1，則稱節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j互為鄰居。由于本文不考慮通信權(quán)重系數(shù)對一致性的影響，僅考慮兩節(jié)點(diǎn)之間是否存在通訊，因此當(dāng)(i,j)∈E時(shí)，取aij=1。用D=dig(d1,d2,…,dN)表示圖G的度矩陣，其中di為節(jié)點(diǎn)i的度，表示其鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。無向圖G的Laplace矩陣是1個(gè)雙隨機(jī)矩陣，用L=D-A=(lij)表示，其中l(wèi)ij可表示為

矩陣L是對稱半正定矩陣，且L的每行元素之和為0，因此L有1個(gè)特征值為0，對應(yīng)的特征向量為1=(1,1,…,1)T，即L1=0。若圖G是連通圖，其Laplace矩陣則剛好有1個(gè)特征值為0，并且此時(shí)其余特征值可按從小到大遞增順序排列，即0=λ1(L)＜λ2(L)≤ …≤λN(L)，其中λi(L)為矩陣L的第i個(gè)特征值，i=1,2,…N，而第2個(gè)特征值λ2(L)又稱為圖G的代數(shù)連通度[11]。

2 基于一致性算法的二次控制

2003年Saber等[12]提出了一致性控制理論，這種連續(xù)時(shí)間下的一致性算法可表示為

只要通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱DG是連通的，那么式（3）在t→∞時(shí)，各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)就能達(dá)到一致，即滿足。本文的通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 通訊拓?fù)銯ig.2 Communication topology

2.1 PV單元的分布式控制策略

為了維持直流微電網(wǎng)內(nèi)部的功率平衡，本文中PV單元可在最大功率點(diǎn)追蹤MPPT（maximum power point tracking）模式和下垂控制模式之間進(jìn)行切換。當(dāng)PV單元在MPPT模式下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可最大程度利用可再生能源，然而若PV單元的總出力大于負(fù)荷的需求功率時(shí)，ES單元處于充電狀態(tài)。為了避免系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)能量不平衡，威脅直流母線電壓的穩(wěn)定，當(dāng)ES單元的SOC達(dá)到允許上限時(shí)，將ES單元斷開運(yùn)行，并將PV單元切換為下垂控制模式。

PV單元分層控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 PV單元分層控制結(jié)構(gòu)Fig.3 Hierarchical control structure of PV unit

2.2 ES單元的分布式控制策略

每個(gè)ES單元的SOC是衡量其充放電程度的關(guān)鍵指標(biāo)，其計(jì)算公式為

式中：SOCi為ES單元i的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)；ib,i為ES單元電流；Sb,i為ES單元的容量。

對ES單元的控制要求是在充放電過程中盡量保持各ES單元的SOC一致，避免單個(gè)ES單元過充或者過放，影響其使用壽命。此外，為了恢復(fù)由于線路電阻導(dǎo)致的母線電壓跌落，還需要恢復(fù)母線電壓。與PV單元控制策略一樣，通過獲得SOC修正量和電壓修正量來實(shí)現(xiàn)。

式中：PES,i為ES單元i的輸出功率；SOCH、SOCL分別為ES單元i放電時(shí)的荷電狀態(tài)上限、下限。

ES單元在本地計(jì)算得到狀態(tài)變量ξi后，與其他ES單元進(jìn)行通訊獲得狀態(tài)變量誤差，再將誤差εi經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)得到SOC修正量。

當(dāng)ES單元的狀態(tài)變量ξi在一致性控制下趨于一致時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)不同ES單元的SOC逐漸向一致的方向收斂靠攏。放電時(shí)，SOC越大的ES單元放電越快，SOC下降越快，SOC越小的ES單元放電越慢，SOC下降越慢，反之亦然。

圖4 ES單元分層控制結(jié)構(gòu)Fig.4 Hierarchical control structure of ES unit

PV單元和ES單元通過上述分布式二次控制策略改進(jìn)之后，可在滿足各單元功率分配的同時(shí)，恢復(fù)由于線路電阻和虛擬電阻引起的母線電壓跌落，并且避免單個(gè)ES單元過充過放影響使用壽命。

3 事件觸發(fā)機(jī)制下的一致性控制

本文控制方案中，控制任務(wù)都是周期性執(zhí)行。當(dāng)沒有外部干擾且系統(tǒng)按預(yù)期狀態(tài)處于平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，控制器如果還是周期性地執(zhí)行控制任務(wù)，從某種意義上來說是對控制資源和通信資源的一種浪費(fèi)[14]。而在一致性算法理論的研究中，也有研究人員對各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)趨于一致后，鄰居節(jié)點(diǎn)仍持續(xù)保持通信而造成通信資源浪費(fèi)的問題進(jìn)行了研究，并就此問題在結(jié)合了事件觸發(fā)控制后提出了事件觸發(fā)機(jī)制下的一致性控制理論。但是，目前對于事件觸發(fā)機(jī)制下一致性控制的研究大多數(shù)還停留在理論階段，沒有結(jié)合具體的應(yīng)用來探討其在實(shí)際中的作用和性能。文獻(xiàn)[15]提出了一種基于事件觸發(fā)機(jī)制的直流微電網(wǎng)多混合ES系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制方法，來實(shí)現(xiàn)低通信次數(shù)下系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池和超級(jí)電容之間的功率協(xié)調(diào)分配，但其事件觸發(fā)函數(shù)是對加入電壓偏差補(bǔ)償項(xiàng)和功率分配補(bǔ)償項(xiàng)之后的母線參考電壓進(jìn)行推導(dǎo)得來，使得影響觸發(fā)條件的參數(shù)較多，導(dǎo)致觸發(fā)機(jī)制較為繁瑣復(fù)雜。而本文中分布式事件觸發(fā)預(yù)估狀態(tài)反饋一致性控制器，使得只有二次控制層平均一致性算法平均狀態(tài)的獲取處于事件觸發(fā)機(jī)制中，觸發(fā)函數(shù)僅使用本地單元此時(shí)刻狀態(tài)和上一觸發(fā)時(shí)刻狀態(tài)。在該控制器作用下，各單元之間不需要連續(xù)通信，只需在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，周期地進(jìn)行事件觸發(fā)檢測，即可實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，并且從根本上避免發(fā)生Zeno現(xiàn)象[16-17]（即在有限時(shí)間內(nèi)發(fā)生無數(shù)次事件觸發(fā)的現(xiàn)象）。

將與前述的基于一致性算法的二次控制相結(jié)合的事件觸發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 事件觸發(fā)控制流程Fig.5 Flow chart of event-trigger control

4 仿真算例分析

為了驗(yàn)證以上控制策略的可行性，在Matlab/Simulink中搭建了含有4個(gè)PV單元、4個(gè)ES單元和3個(gè)負(fù)載的獨(dú)立光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)模型，如圖1所示。系統(tǒng)及控制器參數(shù)如表1所示。其中，RPV,i為第i個(gè)PV單元輸出端到直流母線之間的線路電阻，RES,i為第i個(gè)ES單元輸出端到直流母線之間的線路電阻，LPV為PV單元變流電路電感，LES為ES單元變流電路電感，CPV1和CPV2分別為PV單元變流電路前后電容，CES1和CES2分別為ES單元變流電路前后電容。

表1 直流微電網(wǎng)及控制器參數(shù)Tab.1 Parameters of DC microgrid and controller

表1中物理參數(shù)是通過參考現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)定，但為了使仿真結(jié)果顯示更加清晰明顯，適當(dāng)增大了線路電阻的參數(shù)值；PI控制器和I控制器的比例積分系數(shù)是通過仿真實(shí)驗(yàn)調(diào)試得到。

4.1 仿真算例1

在算例1中，設(shè)定此時(shí)ES單元由于充電達(dá)到SOC上限，已經(jīng)斷開運(yùn)行退出系統(tǒng)，為了維持母線電壓的穩(wěn)定，PV單元處于下垂控制模式。初始負(fù)載為12 kW，t=1.0 s時(shí)切除初始負(fù)載的25%，t=2.0 s時(shí)增加初始負(fù)載的25%，分別采用本文所提控制策略和傳統(tǒng)下垂控制策略的PV單元輸出電流的仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 兩種控制策略下PV單元輸出電流Fig.6 Output current from PV unit under two control strategies

在圖6（a）中，t=0～1 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下PV單元的輸出電流分別為7.40 A、7.35 A、7.32 A和7.31 A，t=1～2 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下PV單元的輸出電流分別為5.56 A、5.57 A、5.52A和5.51 A。在圖6（b）中，t=0～1 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下PV單元的輸出電流分別為8.10 A、7.38 A 6.76 A和6.52 A，t=1～2 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下PV單元的輸出電流分別為6.10 A、5.58 A、5.12 A和4.92 A。從圖6（b）可以發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)下垂控制中雖然引入了下垂系數(shù)來減小功率均分誤差，但為避免下垂系數(shù)過大而產(chǎn)生較大的母線電壓跌落，引入的下垂系數(shù)較小，導(dǎo)致線路電阻不匹配對功率均分效果產(chǎn)生了較大影響。圖6（a）中，通過本文所提控制策略在二次控制層計(jì)算得到功率均分誤差修正量，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各PV單元輸出功率，從而及時(shí)消除了不同線路電阻對功率均分的影響。

對比圖6（a）和圖6（b）可發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)下垂控制比較而言，本文所提控制策略可將由于線路電阻不匹配導(dǎo)致的功率均分誤差極大地減小，實(shí)現(xiàn)各個(gè)PV單元之間的輸出功率均分，并且在遭遇負(fù)載波動(dòng)變化后仍可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)功率均分效果。

采用本文所提控制策略和傳統(tǒng)下垂控制策略的直流母線電壓比較如圖7所示。在圖7中，t=0～1 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下兩種控制策略的直流母線電壓分別為391.7 V和368.0 V，t=1～2 s之間穩(wěn)定狀態(tài)下直流母線電壓分別為394.5 V和372.2 V。對比圖7中電壓波形曲線可發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)下垂控制比較而言，本文控制策略可通過二次控制層生成電壓偏差修正量，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)直流母線電壓，將由于線路電阻和下垂系數(shù)導(dǎo)致跌落的直流母線電壓恢復(fù)到母線初始設(shè)定電壓的±5%以內(nèi)，并且在遭遇負(fù)載波動(dòng)的情況下也不會(huì)超出最大允許偏差范圍。

圖7 兩種控制策略下的直流母線電壓Fig.7 DC bus voltage under two control strategies

圖8為事件觸發(fā)分布式一致性控制策略下各個(gè)PV單元之間的通信觸發(fā)時(shí)刻。圖8（a）中，在t=0.9～1.0 s之間系統(tǒng)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，PV單元之間幾乎不進(jìn)行通信，保持上次的觸發(fā)值即可滿足系統(tǒng)控制要求；當(dāng)t=1.0 s時(shí)，由于負(fù)載發(fā)生變化，PV單元之間的通信又開始進(jìn)行，在系統(tǒng)逐漸達(dá)到穩(wěn)定后通信頻率慢慢降低。圖8（b）中，在t=2 s之前由于系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，通信頻率很低；當(dāng)t=2.0 s時(shí)負(fù)載發(fā)生變化導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)變動(dòng)，PV單元之間再次增大通信頻率以實(shí)現(xiàn)二次控制的控制要求。

圖8 PV單元通信觸發(fā)時(shí)刻Fig.8 PV units at communication trigger time

4.2 仿真算例2

在算例2中，設(shè)定此時(shí)PV單元和ES單元在系統(tǒng)中共同運(yùn)行，PV單元處于MPPT模式，ES單元處于下垂控制模式來穩(wěn)定直流母線電壓。PV單元輸出總功率為16 kW，初始負(fù)載9 kW，t=2 s時(shí)初始負(fù)載增加1/3。由于PV單元輸出總功率超過負(fù)載需求的總功率，此時(shí)ES單元處于充電模式，初始SOC分別為38%、35%、32%和28%。需要說明的是，為了在短時(shí)間內(nèi)體現(xiàn)明顯的充放電效果，對蓄電池的容量進(jìn)行了適當(dāng)處理。分別采用本文所提控制策略和傳統(tǒng)下垂控制策略的各個(gè)ES單元SOC如圖9所示。

圖9 兩種控制策略下的ES單元SOCFig.9 SOC of ES unit under two control strategies

圖9中，初始階段由于PV單元的輸出功率還未穩(wěn)定達(dá)到最大功率，此時(shí)ES單元短暫地處于放電模式，隨后在PV單元達(dá)到最大輸出功率后，ES單元開始充電。對比圖9（a）和圖9（b）可發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)下垂控制策略下SOC由于線路電阻的不同，導(dǎo)致各ES單元輸出功率也不相同，使得部分ES單元過早達(dá)到充電上限而退出運(yùn)行；而在二次補(bǔ)償控制下可以控制各個(gè)ES單元的功率分配，使得SOC趨于一致，避免個(gè)別ES單元發(fā)生過充現(xiàn)象，提高ES單元的利用效率。

采用上述事件觸發(fā)分布式一致性控制策略和傳統(tǒng)下垂控制策略的直流母線電壓如圖10所示。

圖10 兩種控制策略下的直流母線電壓Fig.10 DC bus voltage under two control strategies

對比圖10中電壓波形可發(fā)現(xiàn)，由于選擇的下垂系數(shù)滿足約束條件，即避免母線電壓跌落過大選擇較小的下垂系數(shù)，因此兩種控制策略下的直流母線電壓均在母線電壓最大允許偏差范圍之內(nèi)。其中，在t=0～2 s之間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下本文所提控制策略下的直流母線電壓為401.5 V，而傳統(tǒng)下垂控制策略下的直流母線電壓為404.4 V；t=2.0 s時(shí)負(fù)載發(fā)生變化，在遭遇系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)本文控制策略下直流母線電壓也更為靠近初始設(shè)定電壓，產(chǎn)生的電壓波動(dòng)也更小。

圖11為事件觸發(fā)分布式一致性控制策略下，各個(gè)ES單元之間的通信觸發(fā)時(shí)刻?？梢?，在t=0～2 s之間系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定，ES單元之間通信頻率逐漸降低；t=2.0 s時(shí)負(fù)載發(fā)生變化，單元之間的通信又開始快速進(jìn)行，在系統(tǒng)穩(wěn)定后通信頻率降低。

圖11 0～2.4 s之間通信觸發(fā)時(shí)刻Fig.11 Trigger time of communication between 0 and 2.4 s

4.3 仿真算例3

在算例3中，PV單元和ES單元共同運(yùn)行，初始時(shí)PV單元處于MPPT運(yùn)行模式，處于下垂控制的ES單元來穩(wěn)定母線電壓。當(dāng)ES單元SOC隨著充電過程達(dá)到上限的80%時(shí)，斷開運(yùn)行退出系統(tǒng)，PV單元切換為下垂控制來穩(wěn)定母線電壓。t=2.0 s時(shí)增加初始負(fù)載的1/3，t=3.3 s時(shí)切除初始負(fù)載的1/3。采用事件觸發(fā)分布式一致性控制策略下的ES單元SOC、PV單元輸出電流和直流母線電壓分別如圖12～14所示。

圖12 運(yùn)行狀態(tài)切換下的ES單元SOCFig.12 SOC of ES unit under switching of operating states

圖13 運(yùn)行狀態(tài)切換下的PV單元輸出電流Fig.13 Output current from PV unit under switching of operating states

圖14 運(yùn)行狀態(tài)切換下的直流母線電壓Fig.14 DC bus voltage under switching of operating states

由圖12～14可見，運(yùn)行模式切換前各個(gè)ES單元充電，其SOC在本文控制策略下逐漸趨于一致，PV單元處于MPPT模式以獲得最大輸出功率，此時(shí)直流母線電壓由ES單元來穩(wěn)定；當(dāng)t=2.0 s時(shí)增加初始負(fù)載的1/3，此時(shí)ES單元充電速率減慢，SOC增長速率隨之減慢，PV單元輸出電流短暫波動(dòng)后回到最大輸出功率對應(yīng)的電流值；當(dāng)SOC達(dá)到上限的80%時(shí)，ES單元退出運(yùn)行，此時(shí)PV單元切換為下垂控制模式，PV單元輸出電流在二次控制下實(shí)現(xiàn)輸出功率均分，直流母線電壓在跌落后逐漸恢復(fù)，保持在母線電壓最大允許偏差范圍之內(nèi)；t=3.3 s時(shí)切除初始負(fù)載的1/3，電流和電壓仍能繼續(xù)保持控制效果。

PV單元之間和ES單元之間的通信觸發(fā)時(shí)刻分別如圖15和圖16所示。

圖15 PV單元通信觸發(fā)時(shí)刻Fig.15 PV units at communication trigger time

圖16 ES單元通信觸發(fā)時(shí)刻Fig.16 ES units at communication trigger time

由圖15可知，從開始階段到ES單元退出運(yùn)行之前，PV單元處于MPPT模式運(yùn)行，事件觸發(fā)控制沒有運(yùn)行，PV單元切換為下垂控制之后事件觸發(fā)控制啟動(dòng)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)通信觸發(fā)頻率逐漸減小；t=3.3 s時(shí)負(fù)載發(fā)生變化，此時(shí)觸發(fā)頻率增大，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后再次呈現(xiàn)降低的趨勢。

由圖16可知，在t=2 s之前隨著系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，ES單元之間的通信觸發(fā)頻率逐漸減??；t=2 s時(shí)負(fù)載發(fā)生變化通信觸發(fā)頻率再次增大，隨后呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，在ES單元退出運(yùn)行后不再觸發(fā)。

5 結(jié)語

針對孤島運(yùn)行的獨(dú)立光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)提出了一種基于一致性算法的改進(jìn)下垂控制策略，在二次控制中應(yīng)用了一種基于事件觸發(fā)控制下的一致性控制改進(jìn)方案。在直流微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PV單元既能運(yùn)行在MPPT模式，也能根據(jù)ES單元的狀態(tài)切換到下垂控制模式參與系統(tǒng)的功率分配和電壓調(diào)節(jié)，和ES單元協(xié)調(diào)配合，共同維持直流微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的功率平衡。在二次電壓恢復(fù)控制和均流控制下，保證了各單元出力分配的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了直流母線電壓的恢復(fù)，即使系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)也能使其穩(wěn)定在初始設(shè)定值附近。分布式事件觸發(fā)預(yù)估狀態(tài)反饋一致性控制器，使得只有二次控制層平均一致性算法平均狀態(tài)的獲取處于事件觸發(fā)機(jī)制中，觸發(fā)函數(shù)僅使用本地單元此時(shí)刻狀態(tài)和上一觸發(fā)時(shí)刻狀態(tài)。在滿足事件觸發(fā)函數(shù)時(shí)，與相鄰單元進(jìn)行通信交換狀態(tài)信息，即可實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)可以在一定程度上減輕系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)，避免通信資源的浪費(fèi)。最后在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了相應(yīng)的直流微電網(wǎng)模型，在不同情況下驗(yàn)證了上述方法的有效性和可行性。