一种用于消除孤岛微网结构扰动的鲁棒控制策略

分布式发电装置通过固态变压器接入配电网中，利用通信系统，可形成智能电网。智能电网孤岛运行时，利用其可进行通信的优势，采用主从控制。系统运行过程中，若从机出现故障，切除或修复故障以后重新并入，会改变系统的结构，从而影响系统的稳定性。

针对此问题，电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学）、电磁变换与探测河南省重点实验室（洛阳师范学院）的研究人员孙孝峰、马宏磊、贾磊磊、李昕，在2020年第11期《电工技术学报》上撰文，分析了主机模型的不确定性，然后基于混合灵敏度问题设计用于微网主从控制的鲁棒控制器。主机采用所设计的鲁棒控制器为整个系统提供电压支持。通过所设计的鲁棒控制器，增强了系统电压对于从机数量变化带来的扰动的鲁棒性，使得从机数量或者负荷发生改变时整个系统电压幅值和频率仍能保持稳定。

随着社会的发展，资源和环境带来的压力也在不断的增大，整个社会对于环境、节能和可持续发展提出了越来越高的要求。分布式发电（Distributed Generation, DG）和分布式储能装置（Distributed Energy Storage Devices, DESDs）的应用可以有效地缓解资源匮乏和环境问题。但是随着大量的DG和DESDs以微网的形式并入配电网中，对配电网甚至输电网的电压、电能质量、系统保护和调度等各个方面都带来了新的挑战。

带有交流和直流接口的固态变压器（Solid State Transformer, SST）相比于传统的工频变压器，具有体积小、质量轻、损耗小、不需要绝缘油等优点。通过电力电子技术，SST不仅可以实现变压功能，同时还具有平衡功率，改善电能质量以及为各种设备提供标准化接口等多种功能，因此，选用SST作为分布式发电和储能装置的并网接口装置，可以更好地对能源进行管理，解决DG和DESDs并入配电网中带来的问题。

通过SST，各分布式发电和储能装置，接入配电网中，同时将通信技术应用到系统中，SSTs之间通过彼此间的通信来优化整个系统的功率潮流，此时，带有SSTs的整个系统就成了一个智能电网。

建立电力电子等级的智能电网难点在于如何保证系统在孤岛模式下的稳定性。孤岛模式下，需要有效的控制方法来维持系统的电压和频率稳定，从而保证整个系统的正常运行。智能电网系统可以实现通信，利用这一优势，系统可采用主从控制结构。

主从控制策略是指系统中某一个单元被控制为主控制器，其余作为从控制器的控制方式。但是为了保证系统的稳定，需要在设计阶段就考虑到系统的不确定性。鲁棒控制理论是专门针对不确定系统进行控制系统设计的控制理论，已被广泛用于电力电子相关的控制研究中。

混合灵敏度问题既考虑了对系统干扰的抑制问题，又考虑了系统模型的不确定性问题。因此，针对现有控制策略过于复杂，且未考虑高压直流侧电压扰动对系统稳定性的影响等问题，电力电子节能与传动控制河北省重点实验室等单位的研究人员，提出了一种基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制策略。

该控制策略中，微网系统进入孤岛状态时，将系统中带有最大储能装置的SST控制为电压源，作为主机维持系统的电压和频率的稳定，相当于电网。剩余所有SST控制其末端输出电流，仍类似于工作在并网模式下。

孤岛状态下，主机为整个网络提供电压支撑，因此系统的稳定性问题就转换为主机的输出电压稳定性问题。然后通过将主机电压稳定性问题转换为混合灵敏度问题，设计用于主机的H∞鲁棒控制器，增加主机抑制由不确定性带来的扰动的能力，从而增加整个系统的鲁棒性，使得系统在受到结构扰动时，仍然可以稳定运行。

图1 系统结构图

图2 硬件在环实验平台

研究人员首先建立了主机SST的模型，对SST的不确定性进行分析，将系统的稳定性问题转换为主机输出稳定问题。然后利用混合灵敏度法，选取恰当的加权函数，设计用于主机的H∞鲁棒控制器。最后通过Matlab/Simulink仿真平台及RTDS硬件在环实验平台，验证了所提方法可有效抑制从机数量变化时对系统电压稳定的影响。

以上研究成果发表在2020年第11期《电工技术学报》，论文标题为“一种用于消除孤岛微网结构扰动的鲁棒控制策略”，作者为孙孝峰、马宏磊、贾磊磊、李昕。

文章来源：《洛阳师范学院学报》 网址: http://www.lysfxyxb.cn/zonghexinwen/2020/0817/409.html