第５０卷第８期
２０１６年８月
西安
交通大
学学
报
Ｖ０１．５０Ｎｏ．８
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ａｕｇ．２０１６
ＤＯＩ：１０．７６５２／ｘｊｔｕｘｂ２０１６０８０１９
多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
马秀达１，康小宁１，李少华１’２，蒋帅１，屈小云１，张超１
（１．西安交通大学电气工程学院，７１００４９，西安；２．许继集团有限公司，４６１０００，河南许昌）
摘要：为了解决直流配电网中通信过程的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题，针对含有多类型分布式电源、换流站、储能装置和交直流负荷的直流配电网，设计了一种基于不同时间尺度的分层控制策略。在较短时间尺度内，第１层控制通过主从控制实现直流系统在稳态模式下的平稳运行；在较长时间尺度内，第２层控制通过模式切换或调整联络线功率实现系统在恶劣运行条件下的２次电压恢复；能量优化调度系统作为第３层控制，以新能源最大接纳和网损最小作为优化目标，通过最优潮流计算为系统下一层提供运行指令。通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ的仿真验证表明：当发生新能源功率或负荷波动时，通过主从控制模式可迅速实现系统平稳控制；当主换流站短时退出运行时，通过联络线功率调整可实现系统２次电压恢复。该分层控制策略信息传递明确，实现了优化调度与分散控制的协调配合，在各种工况下均能保证系统的可靠经济运行。关键词：直流配电网；分层控制；分布式电源；能量优化调度中图分类号：ＴＭ７１１
文献标志码：Ａ文章编号：０２５３—９８７Ｘ（２０１６）０８—０１１７—０６
ＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｉｎ
Ｍｕｌｔｉ—ＴｅｒｍｉｎａｌＦｌｅｘｉｂｌｅＤＣＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＭＡＸｉｕｄａｌ，ＫＡＮＧＸｉａｏｎｉｎ９１，ＬＩＳｈａｏｈｕａｌ～，ＪＩＡＮＧＳｈｕａｉｌ，ＱＵＸｉａｏｙｕｎｌ，ＺＨＡＮＧＣｈａ０１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＸｕｊｉＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｕｃｈａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４６１０００，Ｃｈｉｎａ）
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收稿日期：２０１６—０３—１１。作者简介：马秀达（１９９２一），男，硕士生；康小宁（通信作者），男，副教授。基金项目：国家高技
术研究发展计划资助项目（２０１５ＡＡ０５０１０１）。网络出版时间：２０１６—０５—１７
网络出版地址：ｈｔｔｐ：∥ＷＷＷ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１０６９．Ｔ．２０１６０５１７．１９２０．０１４．ｈｔｍｌ
西安交通大学学报
第５０卷
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍａｌ
ｄｉｓｐａｔｃｈ
多端柔性直流配电网因采用可关断电力电子器件以及脉宽调制策略，使其具有卓越的灵活性和可控性，从而具备了柔性的特点。相比于交流配电网，直流配电网在方便新能源接入、提高输送容量及保证供电质量等方面有着巨大的经济技术优势。随着电力电子器件技术的不断成熟，其实现成本也将不断降低，在未来将拥有广阔的应用前景［１－４］。
直流配电网中含有分布式电源（ＤＧ）、交直流负载、储能以及并网换流器，如何实现各单元之间的协调控制是直流配电网运行控制的关键技术之一。多端柔性直流输电系统的协调控制策略一般分为主从控制、电压下降控制和电压偏差控制３类：主从控制策略［５］原理清晰，但对换流站的通信要求较高；电压下降控制策略［６１利用多个换流站共同协调有功平衡以控制直流电压，但难以实现潮流的自由控制；直流电压偏差控制策略［７］从换流站通过检测直流电压变化而动作，可实现定有功控制模式与定直流电压控
１
不同时间尺度的分层控制体系
在实现直流配电网运行平稳的前提下，为实现
新能源最大出力、降低网损和储能装置损耗等功能，建立直流配电网的多层级控制系统，包括各换流器内部的控制系统、多端协调控制系统以及能量优化调度系统。以一个包含主、从换流站，风光储系统以及交直流负荷的环形直流配电网为例，分层控制框架如图１所示，主要包括如下结构。
（１）第１层控制：通过主从控制维持系统运行平稳。运行指令由能量优化调度系统给出，各单元内部控制系统在ｍｓ级内实现该运行指令。风机和光伏电池运行于最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）模式［１舡１１］，蓄电池通过削峰填谷与分布式电源组成功率可控源。
（２）第２层控制：利用换流站、分布式电源和储能系统的配合实现２次电压恢复。各单元通过检测直流电压变化，将动作指令下达至第１层控制，进行模式切换，调整Ｓ级的功率波动，实现系统平稳运行。
（３）第３层控制：根据最优潮流计算给出第１层控制的调度指令，实现系统的能量优化调度。将直
制模式之间的自动转换，文献Ｅｓ］将该方法进行了改
进并应用于直流微网中，各电力电子器件通过检测直流电压变化选择动作方式。
目前，多端柔性直流输电系统采用有通信要求的集中控制和无通信要求的分散控制两类。其中，集中控制受通信速度限制，不适用于各单元分布较为分散的直流配电网；分散控制基于本地信息量实现系统运行控制，但未考虑到系统整体运行优化要
求。借鉴交流电网３次调频技术，文献［９］提出了交
直流微电网的分层控制策略，其中直流微电网采用１次电压下降控制、２次电压恢复控制及３次联络线电流控制的分层控制策略，利用分散控制与集中控制相结合的分层控制，既能满足各单元就地响应要求，又便于对直流微电网中的各单元进行统一调度。但是，文献［９］中的３次控制并未考虑系统运行的经济调度以及上下层控制之间的协调问题。
为有效解决通信过程中的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题，本文提出了直流配电网的分层控制策略。第１层控制和第２层控制基于本地信息量实现直流电压控制，第３层控制通过最优潮流计算给出最优调度方案。为验证本文方法对直流配电网的有效控制，基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ建立直流配电网的仿真模型，并对不同运行工况下的系统进行仿真研究。
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图１
直流配电网的分层控制体系
第８期马秀达，等：多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
流配电网的网络参数、预测数据以及储能装置的荷电状态（ＳＯＣ）等数据输入能量优化调度系统，在ｍｉｎ级的优化区间长度内进行最优潮流计算，得到系统稳态运行的优化指令，实现技术与经济的最佳效益。
在以上各层控制中，第１层控制和第２层控制是对直流配电网进行分散控制的管理单元，无需通信，可靠性高且调节时间短；第３层控制是用于实现全局集中控制的管理单元，虽然需要依靠上下层的通信来完成，但由于优化区间较长，对通信时间要求不高。
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２
分散控制
直流配电网的分散控制是指各单元的控制切换
条件由本地信息决定，包括直流电压变化量、并网器件容量以及蓄电池荷电状态等条件。结合主从控制策略与电压下降控制的优点，本文提出的分散控制策略如图２所示，取功率流出换流器的方向为正向参考方向，Ｕｈ，表示直流侧额定电压。当直流电压波动不超过一定范围时，通过第１层控制实现系统的直流电压控制；当直流电压波动范围较大时，通过第２层控制实现系统的２次电压恢复。
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主换流站
从换流站蓄电池新能源负荷
图２提出的分散控制策略
２．１主从控制
在第１层控制中，主换流站控制直流电压，从换流站和风一光一储联合系统按能量优化调度系统给出的运行指令恒功率运行。当分布式电源输出功率出现波动时，蓄电池通过双向ＤＣ／ＤＣ变换装置进行充放电，实现削峰填谷，保证联合系统的有功恒定，以减小分布式电源功率输出波动对系统的影响［１２１；当负荷出现波动时，主换流站调节输入功率，维持直流电压稳定。
在实际系统中，由于功率流动，各节点电压并不相等，第１层与第２层控制模式切换的直流电压阈值应大于各器件稳态运行时直流电压的最大波动值，从而保证动作的可靠裕度，本文将第１层控制的
率，斜率越小，对电压的控制能力越强；Ｕ五表示从换流站进入下垂控制的最小电压值，分别为１．０３Ｕｄ。。。ｆ或０．９７Ｕｄ。。ｆ。
换流站的控制策略如图３所示，对ＰＩ控制器输出进行最大、最小操作得到ｉ洲，将其输入内环电流控制器中实现有功和电压的调整。当输入功率达到自身容量限制时．自动进入限流模式。
直流电压波动范围定为（１±３％）Ｕｈｆ。
２．２
图３从换流站的控制策略
２次电压恢复
当系统出现较恶劣的不正常运行状态（如重载
若直流电压波动范围超过±５％Ｕａｃｒｅｒ，蓄电池并网换流器进入下降控制，控制策略如图４所示，通过快速充放电快速实现二次电压恢复。同时，电压波动范围设定为±５％Ｕ妇，，避免了ＤＣ／ＤＣ变换器在ｂｏｏｓｔ与ｂｕｃｋ模式间频繁切换，提高了蓄电池的运行寿命，且减小了器件频繁动作引起的谐波［１引。
蓄电池的容量和输出功率有限，为保证其运行
（１）
负荷的变化、大容量换流器的投切等）时，系统进入第２层控制，利用换流站、分布式电源和储能系统的配合实现系统有功平衡，使电压得到恢复。
若直流电压波动超过（１±３％）Ｕ妇ｅｆ，主换流站转入限流模式，不再维持直流电压，从换流站进入下垂控制，图２中的Ｕ－Ｐ下垂特性曲线可表示为
Ｕｄ。一Ｕ；ｃ＋ｋＢ（ＰＬ—Ｐ。ｆ）
寿命，应使蓄电池ＳＯＣ值维持在一定范围。对蓄电池的ＳＯＣ值进行实时检测，当检测到ＳＯＣ值超出范围时，关闭蓄电池的充放电状态。
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式中：Ｐ。为从换流站的输入功率；Ｐ耐表示有功参考值，由能量优化调度系统给出；惫ｅ为下降特性曲线斜
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西安交通大学学报
第５０卷
式中：ｊ表示所有节点的集合；ｇｉ表示节点ｉ与节点＿『之间的电导值。
（２）节点电压约束
Ｕｄｃｏ＝Ｕｄ。，。ｆ
（３）
ｉ∈Ｊ，ｉ≠０
（４）
Ｕ柑。。≤Ｕｄｃｌ≤Ｕｄｃｌ一。，
图４
ＤＣ／ＤＣ变换器的控制策略
式中：Ｕｄ印表示主换流站所在节点直流电压；Ｕ她厕。和Ｕ掘一。分别表示节点ｉ的最小和最大额定电压，按第１层控制对电压波动的要求，Ｕ掘。。和己，岫…。分别取为１．０３Ｕｄｃｒ。ｆ和０．９７Ｕｄｃｒｅｆｏ
（３）节点有功约束
ＰⅢ。≤Ｐｉ≤Ｐ…。，
Ｐｉ—Ｐ∽
ｉＥ
当系统出现较大功率缺额且各调压器件的输入功率均达到容量极限时，直流电压将长时间处于较小值，当负荷侧检测到电压小于０．９５Ｕｈ，且经过一定延时后，应按照负荷的优先级别进行切负荷操作。当系统的分布式电源渗透率较高且系统负荷较小时，直流电压将长时间处于较大值，当分布式电源检测到直流电压大于１．０５Ｕ妇。ｆ且经过一定延时后，应调整ＭＰＰＴ模式为降功率运行。
综上所述，直流配电网中各单元实现分散控制的总体结构如图５所示，其中“１”表示第１层控制模式，“２”表示第２层控制模式。
Ｃ∈，（５）
（６）
ｉ∈Ｌ∈Ｊ
式中：Ｃ表示换流站和风光储系统所在节点集合；Ｌ表示负荷所在节点集合；Ｐ州。和Ｐ岫。分别表示换流器ｉ节点的最小和最大额定功率。
（４）线路有功约束
『Ｖ：（Ｖ。一Ⅵ）９４Ｉ≤Ｐｄ。。；，
式中：Ｐ汹。。表示线路最大传输功率。
（５）储能装置的荷电状态约束
Ｃｓ（）ｃ。ｉ。≤Ｃｓ（）ｃ≤ＣｓＯｃ。。。
（８）（９）
ｉ，歹∈Ｊ（７）
ｆ；匦团．．．圳｛｜趣攫兰塑ｊｉｊｉ！ｉ：ｉ丽一一一］ｉ一一一』一—————［；：；藿ｌ
冉一一
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一
一夏目；１Ｌ
．—懒一．一．．—一
图５分散控制总体结构
一
蓬兰粤一一一一
ＣＳｏｃ＝Ｃ跚一百ｉＶ
ｐ
ＢＡｔ
式中：ＣＳ０ｃ。ｉ。和ＣｓＯｃ。。。分别表示蓄电池ＳＯＣ值的最小和最大额定值；ＣＳｏｃ。表示上一优化时刻的ＳＯＣ值；Ｑ表示蓄电池容量；＆表示优化时间长度。式（９）是充放电效率为１且不考虑自放电过程时的ＳＯＣ值计算公式。３．２目标函数
本文以新能源最大接纳水平和网损最小为优化目标。其中，新能源最大接纳水平通过风机和光伏
３能量优化调度系统
直流配电网的能量优化调度通过最优潮流控制实现，以负荷预测数据以及分布式电源预测数据为基础，利用最优算法求解出直流配电网可控单元（包括从换流站、风一光一储联合系统）的优化调度指令。最优潮流模型由约束条件和优化目标两部分组成［１引，其中前者要求调度指令在各种运行条件下都能保证系统的安全平稳；而后者则针对调度部门要求对调度目标进行数学模型表示，并选择准确高效的求解算法，以实现预定目标最优化计算。
３．１
电池在稳态运行时的ＭＰＰＴ模式实现，以保证其最大出力。网损最小通过目标函数的建立实现，由于配电网系统中网损较大，因此进行合理调度优化实现损耗降低是必要的。
整个直流配电网的网损等于变流前的网络输入功率之和，即竹节点系统中由网损最小约束下的优化目标函数为
Ｆ—ｍｉｎ∑ｆｉ（Ｐ。）一ｍｉｎ∑丁竺｛（１０）
ｉＥｌ
ｉＥ，１
，，ｆ
式中：Ｐｉ为各节点直流侧的功率；研表示ｉ节点换流器的电能损耗率，即换流器的损耗功率与流过功率的百分比，该值可通过对换流站的多次试验测量
（２）
约束条件
（１）潮流方程等式约束
Ｐ。一Ｕ掘≥：（Ｕｄ。。一Ｕ嘶）ｇ口，ｉ∈Ｊ
并进行拟合得到，直流负荷所在节点的豫取为０。
由上述的优化建模过程可知，直流配电网的优
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ｈｔｔｐ：／／ＷＷＷ．ｊｄｘｂ．ｃｎ
第８期
马秀达，等：多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
化调度本质上是二阶非线性优化问题，适合利用二阶锥规划（ＳＯＣＰ）求解［１｝１６］，其作为线性规划的推广，具有解的最优性和计算的高效性，在此不再赘述。
姜：ｏ．ｏｒ—～———‰一一——～
＞２０．５［
１９．５Ｌ
２●
Ｉ
４仿真验证
为了验证本文提出的直流配电网分层控制策略的有效性，采用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件仿真，所搭建直流配电网的拓扑结构如图ｌ所示。直流母线额定电压为±１０ｋＶ，两端电网电压均为６ｋＶ。直流线路参数如表１所示。
主、从换流站由ＶＳＣ换流器组成，并网等值电阻和电感均为０．０２Ｑ和１ｍＨ。主换流站的额定容量为５ＭＷ，无功参考值为０；从换流站的额定容量为
５
≥苫／ｏ钆
奏；Ｌ—√鹱卜～～”一
０５４３
≥至、～
２
ＭＷ，无功参考值为０，Ｕ－Ｐ下降特性曲线斜率为ＭＷ／ｋＶ。ＶＳＣ换流器并网电能损耗率为２％。风机容量为ｌ－５ＭＷ，风机额定风速为１０．５ｍ／
一１
ｓ，切入、切出风速分别为３ｍ／ｓ和１５ｍ／ｓ，交流侧输出电压为０．６９ｋＶ，额定频率为１２．１８Ｈｚ；光伏发电系统最大输出功率为１．３ＭＷ，通过ｂｏｏｓｔ变换器并网运行；储能装置由铅酸蓄电池的串并联组成，容量和最大转输功率为１．２ＭＷ・ｈ／２．４ＭＷ，ＳＯＣ最大值和最小值分别为０．８和０．４，ＳＯＣ初值定为０．６，Ｕ－Ｐ下降特性曲线斜率取为一２ＭＷ／ｋＶ。风光储联合系统并网电能损耗率为３％。
表ｌ
直流配电网的线路参数
少至０．７ＭＷ，见图６中ＩＩ；为了保证风光储系统仍旧按照能量管理系统的运行指令运行，蓄电池快速放电，输出功率升至约１．２ＭＷ，如图６中ＶＩ所示，通过削峰填谷实现了风光储系统功率输出的可控。在３．２Ｓ时，直流负荷增大至４ＭＷ，如图６中ＩＩＩ所示；由于直流电压下降幅度较小，从换流站继续控制功率恒定，如图６中Ｖ所示；主换流站通过增大输入功率（如图６中ＩＶ所示）来实现系统功率平衡，从而将直流电压稳定为２０
ｋＶ。
在上述调节过程中，直流电压变化较小，均未超过±３％Ｕ妇ｒ，如图６中Ｉ所示，因此可通过第１层控制实现系统稳定，调节过程为ｍｓ级，快速有效。４．２主换流站短时退出运行的仿真结果
图７给出了当主换流站短时退出运行时的仿真结果。
在２Ｓ时，主换流站交流侧断路器跳开，换流器
某一时刻风机和光伏系统总的有功输出功率为
１．５
砣加
ＭＷ，交流负荷为３ＭＶ・Ａ，功率因数为０．９５，
直流负荷为３ＭＷ。仿真开始时，通过最优潮流计算得到从换流站有功参考值为２．７６Ｍｗ，风光储联合系统的有功参考值为１．８７ＭＷ，将指令下达至直流配电网，通过第ｌ层控制实现该运行指令，此时得到的最小网损为０．２４ＭＷ。
４．１
＞弋ｐ仃
博４
２
≥＝＼。ｃ，
Ｏ４２
≥芑／１钆
００５０
４
新能源功率和负荷波动时的仿真结果
图６给出了当新能源功率输出和负荷变化时直
≥善０
Ｏ３Ｏ２ｌ
ｆ／ｓ
流配电网的仿真结果。
在２．２Ｓ之前，系统按能量优化调度系统给出的运行指令稳定运行。在２．２ｓ时，ＤＧ单元输出减
ｈｔｔｐ：｝｝ＷＷＷ。ｊｄｘｂ．ｃｎ
图７主换流站短时退出运行时的仿真波形
ｈｔｔｐ；｝ｆｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１２２
西安交通大学学报
第５０卷
内ＩＧＢＴ闭锁，功率降为０；在３．５Ｓ时，断路器重合成功，ＩＧＢＴ解锁，主换流站投入运行，见图７中ＩＩ。
在断路器跳开和重合过程中，由于平衡节点的切换，系统出现短时有功不平衡，直流电压将出现较大幅度波动，见图７中Ｉ。当主换流站退出运行时，从换流站的控制策略转为下降控制，有功输出增大，同时改变联络线功率，实现了２次电压恢复；当主换流站恢复运行时，从换流站转为恒功率控制，有功输出减少，直流电压继续由主换流站控制，见图７中ＩＩＩ。断路器重合过程中，由于产生了较大的冲击电流，最小电压低于０．９５Ｕ。。耐，蓄电池并网换流器转入下降控制，蓄电池快速放电，如图７中ＩＶ所示，从而减小了主换流站重新投运对系统的冲击影响。
在直流配电网中，大容量换流站的投、退引起剧烈的功率波动，可能会引起系统崩溃，采用上述分层控制方法可有效实现电压迅速恢复，且不受通信过程影响，该控制过程可在ｓ级内实现。５
［６］
ＩＥＥＥ，２００８：１—６。
［３］ＨＡＭＭＥＲＳＴＲＯＭ
ｓｙｓｔｅｍｓ：ｄｉｄ
ＩＥＥＥＰｏｗｅｒ
ｗｅ
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ＤＪ．ＡＣｉｔ
ｖｅｒｓｕｓ
ＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
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ｒｉｇｈｔ？［ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｇｅｎｅｒａｌ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｅｔｉｎｇ．
Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００７：１－５．
［４］ＤＡＳＴＧＥＥＲＦ，ＫＡＬＡＭＡ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ
ＤＣａｎｄＡＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａ—
ｔｉｏｎ［ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
Ｐｏｗｅｒ
ｏｆＡｕｓｔｒａｌａｓｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｄｅｌａｉｄｅ，ＳＡ，Ａｕｓ—
ｔｒａｌｉａ：Ｉｓ．ｎ．］，２００９：１－５．
［５］ＪＩＡＮＧＨ，ＥＫＳＴＲＯＭＡ．Ｍｕｌｔｉｔｅｒｍｉｎａｌ
ｔｅｒｎｓｉｎｕｒｂａｎｔｉｏｎｓ
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ＨＶＤＣｓｙｓ—
Ｔｒａｎｓａｃ—
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结论
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３３．
本文提出的分层控制策略有效解决了直流配电网通信过程中的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题。理论推导及仿真验证表明，该控制策略具有以下优点：
（１）解决了分散控制与优化调度的协调问题，既保证了稳态运行时和恶劣运行条件下的系统稳定控制，又实现了系统的经济调度；
（２）本地控制与集中控制的信息传递清晰明确，且对通信速度要求不高，易于应用于工程实践；
对于各层控制策略之间的信息传递问题，本文提出了设计方案，但具体通信结构的设计是该控制策略实际应用中尚存在的问题，将在今后继续进行研究。
［９］
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第５０卷第８期
２０１６年８月
西安
交通大
学学
报
Ｖ０１．５０Ｎｏ．８
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ａｕｇ．２０１６
ＤＯＩ：１０．７６５２／ｘｊｔｕｘｂ２０１６０８０１９
多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
马秀达１，康小宁１，李少华１’２，蒋帅１，屈小云１，张超１
（１．西安交通大学电气工程学院，７１００４９，西安；２．许继集团有限公司，４６１０００，河南许昌）
摘要：为了解决直流配电网中通信过程的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题，针对含有多类型分布式电源、换流站、储能装置和交直流负荷的直流配电网，设计了一种基于不同时间尺度的分层控制策略。在较短时间尺度内，第１层控制通过主从控制实现直流系统在稳态模式下的平稳运行；在较长时间尺度内，第２层控制通过模式切换或调整联络线功率实现系统在恶劣运行条件下的２次电压恢复；能量优化调度系统作为第３层控制，以新能源最大接纳和网损最小作为优化目标，通过最优潮流计算为系统下一层提供运行指令。通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ的仿真验证表明：当发生新能源功率或负荷波动时，通过主从控制模式可迅速实现系统平稳控制；当主换流站短时退出运行时，通过联络线功率调整可实现系统２次电压恢复。该分层控制策略信息传递明确，实现了优化调度与分散控制的协调配合，在各种工况下均能保证系统的可靠经济运行。关键词：直流配电网；分层控制；分布式电源；能量优化调度中图分类号：ＴＭ７１１
文献标志码：Ａ文章编号：０２５３—９８７Ｘ（２０１６）０８—０１１７—０６
ＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｉｎ
Ｍｕｌｔｉ—ＴｅｒｍｉｎａｌＦｌｅｘｉｂｌｅＤＣＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＭＡＸｉｕｄａｌ，ＫＡＮＧＸｉａｏｎｉｎ９１，ＬＩＳｈａｏｈｕａｌ～，ＪＩＡＮＧＳｈｕａｉｌ，ＱＵＸｉａｏｙｕｎｌ，ＺＨＡＮＧＣｈａ０１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＸｕｊｉＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｕｃｈａｎｇ，Ｈｅｎａｎ４６１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ
ＤＣ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ
ｉｓ
ｎｅｃｅｓｓａｒｙ
ｔｏ
ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ
ｉｍｍｅｄｉａｔｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａｔ
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ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｏｐｔｉｍａｌｄｉｓｐａｔｃｈａｎｄｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒ０１．ＡｉｍｉｎｇＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈｍａｎｙ
ｋｉｎｄｓｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ，ｅｎｅｒｇｙ
ｓｔｏｒａｇｅ
ｄｅｖｉｃｅ，
ｓｔａｔｉｏｎｓａｎｄｌｏａｄｓ，ａｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓｃａｌｅｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．
ｔｏ
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ｆｌ
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ｏｒ
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ｒｅｃｏｖｅｒｙｉｎｈａｒｓｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｍｏｄｅｓｗｉｔｃｈａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｉｅ—ｌｉｎｅｐｏｗｅｒ；ａｓ
ｔｈｅｔｈｉｒｄｌａｙｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｔａｒｇｅｔｉｎｇｍａｘｉｍｕｍｎｅｗｅｎｅｒｇｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｎｅｔｗｏｒｋｌｏｓｓ，
ｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍａｌｄｉｓｐａｔｃｈｓｙｓｔｅｍｐｒｏｖｉｄｅｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｂｙｏｐｔｉｍａｌ
ｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｐｏｗｅｒ
ｏｒ
ｎｅｗ
ｅｎｅｒｇｙ
ｌｏａｄｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
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ｓｔａｔｉｏｎｉｓｏｕｔ—ｏｆ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙｖｏｌｔａｇｅｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓ
ｓｔｒａｔｅｇｙｒｅａｌｉｚｅｓｃｌｅａｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａｃｈｉｅｖｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｉｅ－ｌｉｎｅｐｏｗｅｒ．Ｔｈｉｓｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄ
ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ
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ｏｐｔｉｍａｌｄｉｓｐａｔｃｈ
ａｎｄｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌ
ｔＯ
ｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｏｐｅｒａｔｅｓｍｏｏｔｈｌｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
收稿日期：２０１６—０３—１１。作者简介：马秀达（１９９２一），男，硕士生；康小宁（通信作者），男，副教授。基金项目：国家高技
术研究发展计划资助项目（２０１５ＡＡ０５０１０１）。网络出版时间：２０１６—０５—１７
网络出版地址：ｈｔｔｐ：∥ＷＷＷ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１０６９．Ｔ．２０１６０５１７．１９２０．０１４．ｈｔｍｌ
西安交通大学学报
第５０卷
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍａｌ
ｄｉｓｐａｔｃｈ
多端柔性直流配电网因采用可关断电力电子器件以及脉宽调制策略，使其具有卓越的灵活性和可控性，从而具备了柔性的特点。相比于交流配电网，直流配电网在方便新能源接入、提高输送容量及保证供电质量等方面有着巨大的经济技术优势。随着电力电子器件技术的不断成熟，其实现成本也将不断降低，在未来将拥有广阔的应用前景［１－４］。
直流配电网中含有分布式电源（ＤＧ）、交直流负载、储能以及并网换流器，如何实现各单元之间的协调控制是直流配电网运行控制的关键技术之一。多端柔性直流输电系统的协调控制策略一般分为主从控制、电压下降控制和电压偏差控制３类：主从控制策略［５］原理清晰，但对换流站的通信要求较高；电压下降控制策略［６１利用多个换流站共同协调有功平衡以控制直流电压，但难以实现潮流的自由控制；直流电压偏差控制策略［７］从换流站通过检测直流电压变化而动作，可实现定有功控制模式与定直流电压控
１
不同时间尺度的分层控制体系
在实现直流配电网运行平稳的前提下，为实现
新能源最大出力、降低网损和储能装置损耗等功能，建立直流配电网的多层级控制系统，包括各换流器内部的控制系统、多端协调控制系统以及能量优化调度系统。以一个包含主、从换流站，风光储系统以及交直流负荷的环形直流配电网为例，分层控制框架如图１所示，主要包括如下结构。
（１）第１层控制：通过主从控制维持系统运行平稳。运行指令由能量优化调度系统给出，各单元内部控制系统在ｍｓ级内实现该运行指令。风机和光伏电池运行于最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）模式［１舡１１］，蓄电池通过削峰填谷与分布式电源组成功率可控源。
（２）第２层控制：利用换流站、分布式电源和储能系统的配合实现２次电压恢复。各单元通过检测直流电压变化，将动作指令下达至第１层控制，进行模式切换，调整Ｓ级的功率波动，实现系统平稳运行。
（３）第３层控制：根据最优潮流计算给出第１层控制的调度指令，实现系统的能量优化调度。将直
制模式之间的自动转换，文献Ｅｓ］将该方法进行了改
进并应用于直流微网中，各电力电子器件通过检测直流电压变化选择动作方式。
目前，多端柔性直流输电系统采用有通信要求的集中控制和无通信要求的分散控制两类。其中，集中控制受通信速度限制，不适用于各单元分布较为分散的直流配电网；分散控制基于本地信息量实现系统运行控制，但未考虑到系统整体运行优化要
求。借鉴交流电网３次调频技术，文献［９］提出了交
直流微电网的分层控制策略，其中直流微电网采用１次电压下降控制、２次电压恢复控制及３次联络线电流控制的分层控制策略，利用分散控制与集中控制相结合的分层控制，既能满足各单元就地响应要求，又便于对直流微电网中的各单元进行统一调度。但是，文献［９］中的３次控制并未考虑系统运行的经济调度以及上下层控制之间的协调问题。
为有效解决通信过程中的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题，本文提出了直流配电网的分层控制策略。第１层控制和第２层控制基于本地信息量实现直流电压控制，第３层控制通过最优潮流计算给出最优调度方案。为验证本文方法对直流配电网的有效控制，基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ建立直流配电网的仿真模型，并对不同运行工况下的系统进行仿真研究。
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图１
直流配电网的分层控制体系
第８期马秀达，等：多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
流配电网的网络参数、预测数据以及储能装置的荷电状态（ＳＯＣ）等数据输入能量优化调度系统，在ｍｉｎ级的优化区间长度内进行最优潮流计算，得到系统稳态运行的优化指令，实现技术与经济的最佳效益。
在以上各层控制中，第１层控制和第２层控制是对直流配电网进行分散控制的管理单元，无需通信，可靠性高且调节时间短；第３层控制是用于实现全局集中控制的管理单元，虽然需要依靠上下层的通信来完成，但由于优化区间较长，对通信时间要求不高。
Ｕ
ｈ＼
Ｕ
２
分散控制
直流配电网的分散控制是指各单元的控制切换
条件由本地信息决定，包括直流电压变化量、并网器件容量以及蓄电池荷电状态等条件。结合主从控制策略与电压下降控制的优点，本文提出的分散控制策略如图２所示，取功率流出换流器的方向为正向参考方向，Ｕｈ，表示直流侧额定电压。当直流电压波动不超过一定范围时，通过第１层控制实现系统的直流电压控制；当直流电压波动范围较大时，通过第２层控制实现系统的２次电压恢复。
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主换流站
从换流站蓄电池新能源负荷
图２提出的分散控制策略
２．１主从控制
在第１层控制中，主换流站控制直流电压，从换流站和风一光一储联合系统按能量优化调度系统给出的运行指令恒功率运行。当分布式电源输出功率出现波动时，蓄电池通过双向ＤＣ／ＤＣ变换装置进行充放电，实现削峰填谷，保证联合系统的有功恒定，以减小分布式电源功率输出波动对系统的影响［１２１；当负荷出现波动时，主换流站调节输入功率，维持直流电压稳定。
在实际系统中，由于功率流动，各节点电压并不相等，第１层与第２层控制模式切换的直流电压阈值应大于各器件稳态运行时直流电压的最大波动值，从而保证动作的可靠裕度，本文将第１层控制的
率，斜率越小，对电压的控制能力越强；Ｕ五表示从换流站进入下垂控制的最小电压值，分别为１．０３Ｕｄ。。。ｆ或０．９７Ｕｄ。。ｆ。
换流站的控制策略如图３所示，对ＰＩ控制器输出进行最大、最小操作得到ｉ洲，将其输入内环电流控制器中实现有功和电压的调整。当输入功率达到自身容量限制时．自动进入限流模式。
直流电压波动范围定为（１±３％）Ｕｈｆ。
２．２
图３从换流站的控制策略
２次电压恢复
当系统出现较恶劣的不正常运行状态（如重载
若直流电压波动范围超过±５％Ｕａｃｒｅｒ，蓄电池并网换流器进入下降控制，控制策略如图４所示，通过快速充放电快速实现二次电压恢复。同时，电压波动范围设定为±５％Ｕ妇，，避免了ＤＣ／ＤＣ变换器在ｂｏｏｓｔ与ｂｕｃｋ模式间频繁切换，提高了蓄电池的运行寿命，且减小了器件频繁动作引起的谐波［１引。
蓄电池的容量和输出功率有限，为保证其运行
（１）
负荷的变化、大容量换流器的投切等）时，系统进入第２层控制，利用换流站、分布式电源和储能系统的配合实现系统有功平衡，使电压得到恢复。
若直流电压波动超过（１±３％）Ｕ妇ｅｆ，主换流站转入限流模式，不再维持直流电压，从换流站进入下垂控制，图２中的Ｕ－Ｐ下垂特性曲线可表示为
Ｕｄ。一Ｕ；ｃ＋ｋＢ（ＰＬ—Ｐ。ｆ）
寿命，应使蓄电池ＳＯＣ值维持在一定范围。对蓄电池的ＳＯＣ值进行实时检测，当检测到ＳＯＣ值超出范围时，关闭蓄电池的充放电状态。
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式中：Ｐ。为从换流站的输入功率；Ｐ耐表示有功参考值，由能量优化调度系统给出；惫ｅ为下降特性曲线斜
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西安交通大学学报
第５０卷
式中：ｊ表示所有节点的集合；ｇｉ表示节点ｉ与节点＿『之间的电导值。
（２）节点电压约束
Ｕｄｃｏ＝Ｕｄ。，。ｆ
（３）
ｉ∈Ｊ，ｉ≠０
（４）
Ｕ柑。。≤Ｕｄｃｌ≤Ｕｄｃｌ一。，
图４
ＤＣ／ＤＣ变换器的控制策略
式中：Ｕｄ印表示主换流站所在节点直流电压；Ｕ她厕。和Ｕ掘一。分别表示节点ｉ的最小和最大额定电压，按第１层控制对电压波动的要求，Ｕ掘。。和己，岫…。分别取为１．０３Ｕｄｃｒ。ｆ和０．９７Ｕｄｃｒｅｆｏ
（３）节点有功约束
ＰⅢ。≤Ｐｉ≤Ｐ…。，
Ｐｉ—Ｐ∽
ｉＥ
当系统出现较大功率缺额且各调压器件的输入功率均达到容量极限时，直流电压将长时间处于较小值，当负荷侧检测到电压小于０．９５Ｕｈ，且经过一定延时后，应按照负荷的优先级别进行切负荷操作。当系统的分布式电源渗透率较高且系统负荷较小时，直流电压将长时间处于较大值，当分布式电源检测到直流电压大于１．０５Ｕ妇。ｆ且经过一定延时后，应调整ＭＰＰＴ模式为降功率运行。
综上所述，直流配电网中各单元实现分散控制的总体结构如图５所示，其中“１”表示第１层控制模式，“２”表示第２层控制模式。
Ｃ∈，（５）
（６）
ｉ∈Ｌ∈Ｊ
式中：Ｃ表示换流站和风光储系统所在节点集合；Ｌ表示负荷所在节点集合；Ｐ州。和Ｐ岫。分别表示换流器ｉ节点的最小和最大额定功率。
（４）线路有功约束
『Ｖ：（Ｖ。一Ⅵ）９４Ｉ≤Ｐｄ。。；，
式中：Ｐ汹。。表示线路最大传输功率。
（５）储能装置的荷电状态约束
Ｃｓ（）ｃ。ｉ。≤Ｃｓ（）ｃ≤ＣｓＯｃ。。。
（８）（９）
ｉ，歹∈Ｊ（７）
ｆ；匦团．．．圳｛｜趣攫兰塑ｊｉｊｉ！ｉ：ｉ丽一一一］ｉ一一一』一—————［；：；藿ｌ
冉一一
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一
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图５分散控制总体结构
一
蓬兰粤一一一一
ＣＳｏｃ＝Ｃ跚一百ｉＶ
ｐ
ＢＡｔ
式中：ＣＳ０ｃ。ｉ。和ＣｓＯｃ。。。分别表示蓄电池ＳＯＣ值的最小和最大额定值；ＣＳｏｃ。表示上一优化时刻的ＳＯＣ值；Ｑ表示蓄电池容量；＆表示优化时间长度。式（９）是充放电效率为１且不考虑自放电过程时的ＳＯＣ值计算公式。３．２目标函数
本文以新能源最大接纳水平和网损最小为优化目标。其中，新能源最大接纳水平通过风机和光伏
３能量优化调度系统
直流配电网的能量优化调度通过最优潮流控制实现，以负荷预测数据以及分布式电源预测数据为基础，利用最优算法求解出直流配电网可控单元（包括从换流站、风一光一储联合系统）的优化调度指令。最优潮流模型由约束条件和优化目标两部分组成［１引，其中前者要求调度指令在各种运行条件下都能保证系统的安全平稳；而后者则针对调度部门要求对调度目标进行数学模型表示，并选择准确高效的求解算法，以实现预定目标最优化计算。
３．１
电池在稳态运行时的ＭＰＰＴ模式实现，以保证其最大出力。网损最小通过目标函数的建立实现，由于配电网系统中网损较大，因此进行合理调度优化实现损耗降低是必要的。
整个直流配电网的网损等于变流前的网络输入功率之和，即竹节点系统中由网损最小约束下的优化目标函数为
Ｆ—ｍｉｎ∑ｆｉ（Ｐ。）一ｍｉｎ∑丁竺｛（１０）
ｉＥｌ
ｉＥ，１
，，ｆ
式中：Ｐｉ为各节点直流侧的功率；研表示ｉ节点换流器的电能损耗率，即换流器的损耗功率与流过功率的百分比，该值可通过对换流站的多次试验测量
（２）
约束条件
（１）潮流方程等式约束
Ｐ。一Ｕ掘≥：（Ｕｄ。。一Ｕ嘶）ｇ口，ｉ∈Ｊ
并进行拟合得到，直流负荷所在节点的豫取为０。
由上述的优化建模过程可知，直流配电网的优
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第８期
马秀达，等：多端柔性直流配电网的分层控制策略设计
化调度本质上是二阶非线性优化问题，适合利用二阶锥规划（ＳＯＣＰ）求解［１｝１６］，其作为线性规划的推广，具有解的最优性和计算的高效性，在此不再赘述。
姜：ｏ．ｏｒ—～———‰一一——～
＞２０．５［
１９．５Ｌ
２●
Ｉ
４仿真验证
为了验证本文提出的直流配电网分层控制策略的有效性，采用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件仿真，所搭建直流配电网的拓扑结构如图ｌ所示。直流母线额定电压为±１０ｋＶ，两端电网电压均为６ｋＶ。直流线路参数如表１所示。
主、从换流站由ＶＳＣ换流器组成，并网等值电阻和电感均为０．０２Ｑ和１ｍＨ。主换流站的额定容量为５ＭＷ，无功参考值为０；从换流站的额定容量为
５
≥苫／ｏ钆
奏；Ｌ—√鹱卜～～”一
０５４３
≥至、～
２
ＭＷ，无功参考值为０，Ｕ－Ｐ下降特性曲线斜率为ＭＷ／ｋＶ。ＶＳＣ换流器并网电能损耗率为２％。风机容量为ｌ－５ＭＷ，风机额定风速为１０．５ｍ／
一１
ｓ，切入、切出风速分别为３ｍ／ｓ和１５ｍ／ｓ，交流侧输出电压为０．６９ｋＶ，额定频率为１２．１８Ｈｚ；光伏发电系统最大输出功率为１．３ＭＷ，通过ｂｏｏｓｔ变换器并网运行；储能装置由铅酸蓄电池的串并联组成，容量和最大转输功率为１．２ＭＷ・ｈ／２．４ＭＷ，ＳＯＣ最大值和最小值分别为０．８和０．４，ＳＯＣ初值定为０．６，Ｕ－Ｐ下降特性曲线斜率取为一２ＭＷ／ｋＶ。风光储联合系统并网电能损耗率为３％。
表ｌ
直流配电网的线路参数
少至０．７ＭＷ，见图６中ＩＩ；为了保证风光储系统仍旧按照能量管理系统的运行指令运行，蓄电池快速放电，输出功率升至约１．２ＭＷ，如图６中ＶＩ所示，通过削峰填谷实现了风光储系统功率输出的可控。在３．２Ｓ时，直流负荷增大至４ＭＷ，如图６中ＩＩＩ所示；由于直流电压下降幅度较小，从换流站继续控制功率恒定，如图６中Ｖ所示；主换流站通过增大输入功率（如图６中ＩＶ所示）来实现系统功率平衡，从而将直流电压稳定为２０
ｋＶ。
在上述调节过程中，直流电压变化较小，均未超过±３％Ｕ妇ｒ，如图６中Ｉ所示，因此可通过第１层控制实现系统稳定，调节过程为ｍｓ级，快速有效。４．２主换流站短时退出运行的仿真结果
图７给出了当主换流站短时退出运行时的仿真结果。
在２Ｓ时，主换流站交流侧断路器跳开，换流器
某一时刻风机和光伏系统总的有功输出功率为
１．５
砣加
ＭＷ，交流负荷为３ＭＶ・Ａ，功率因数为０．９５，
直流负荷为３ＭＷ。仿真开始时，通过最优潮流计算得到从换流站有功参考值为２．７６Ｍｗ，风光储联合系统的有功参考值为１．８７ＭＷ，将指令下达至直流配电网，通过第ｌ层控制实现该运行指令，此时得到的最小网损为０．２４ＭＷ。
４．１
＞弋ｐ仃
博４
２
≥＝＼。ｃ，
Ｏ４２
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００５０
４
新能源功率和负荷波动时的仿真结果
图６给出了当新能源功率输出和负荷变化时直
≥善０
Ｏ３Ｏ２ｌ
ｆ／ｓ
流配电网的仿真结果。
在２．２Ｓ之前，系统按能量优化调度系统给出的运行指令稳定运行。在２．２ｓ时，ＤＧ单元输出减
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图７主换流站短时退出运行时的仿真波形
ｈｔｔｐ；｝ｆｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１２２
西安交通大学学报
第５０卷
内ＩＧＢＴ闭锁，功率降为０；在３．５Ｓ时，断路器重合成功，ＩＧＢＴ解锁，主换流站投入运行，见图７中ＩＩ。
在断路器跳开和重合过程中，由于平衡节点的切换，系统出现短时有功不平衡，直流电压将出现较大幅度波动，见图７中Ｉ。当主换流站退出运行时，从换流站的控制策略转为下降控制，有功输出增大，同时改变联络线功率，实现了２次电压恢复；当主换流站恢复运行时，从换流站转为恒功率控制，有功输出减少，直流电压继续由主换流站控制，见图７中ＩＩＩ。断路器重合过程中，由于产生了较大的冲击电流，最小电压低于０．９５Ｕ。。耐，蓄电池并网换流器转入下降控制，蓄电池快速放电，如图７中ＩＶ所示，从而减小了主换流站重新投运对系统的冲击影响。
在直流配电网中，大容量换流站的投、退引起剧烈的功率波动，可能会引起系统崩溃，采用上述分层控制方法可有效实现电压迅速恢复，且不受通信过程影响，该控制过程可在ｓ级内实现。５
［６］
ＩＥＥＥ，２００８：１—６。
［３］ＨＡＭＭＥＲＳＴＲＯＭ
ｓｙｓｔｅｍｓ：ｄｉｄ
ＩＥＥＥＰｏｗｅｒ
ｗｅ
ｇｅｔ
ＤＪ．ＡＣｉｔ
ｖｅｒｓｕｓ
ＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｏｆ
ｒｉｇｈｔ？［ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｇｅｎｅｒａｌ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｅｔｉｎｇ．
Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００７：１－５．
［４］ＤＡＳＴＧＥＥＲＦ，ＫＡＬＡＭＡ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆ
ＤＣａｎｄＡＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａ—
ｔｉｏｎ［ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
Ｐｏｗｅｒ
ｏｆＡｕｓｔｒａｌａｓｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｄｅｌａｉｄｅ，ＳＡ，Ａｕｓ—
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ｏｎ
ａｒｅａｓ
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Ｔｒａｎｓａｃ—
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ｖｅｒｔｅｒｓ
ｓｔｒａｔｅｇｙ
ｆｏｒ
ｓｏｕｒｃｅｃｏｎ—
ａｎｄ
ａ
ｎｏｖｅｌ
ｌｏａｄ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｃｈｅｍｅｆｏｒＤＣｖｏｌｔａｇｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｉｎＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
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结论
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３３．
本文提出的分层控制策略有效解决了直流配电网通信过程中的信息传递以及优化调度与分散控制的协调问题。理论推导及仿真验证表明，该控制策略具有以下优点：
（１）解决了分散控制与优化调度的协调问题，既保证了稳态运行时和恶劣运行条件下的系统稳定控制，又实现了系统的经济调度；
（２）本地控制与集中控制的信息传递清晰明确，且对通信速度要求不高，易于应用于工程实践；
对于各层控制策略之间的信息传递问题，本文提出了设计方案，但具体通信结构的设计是该控制策略实际应用中尚存在的问题，将在今后继续进行研究。
［９］
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ｅｒｇｙ
ｉｎ
ｔｈｅ２１ｓｔ
Ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，ＵＳＡ：
（下转第１５０页）
ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｈｔｔｐ：∥ＷＷＷ．ｊｄｘｂ．ｃｎ
１５０
西安交通大学学报第５０卷
ＢＪ，ｗＨｌＴＥＭＪ，Ｋ１，ＥＢＡＮＥＲＡ．Ｐｌａｔｅ
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ｗｉｔｈ
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ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
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ｐｌａｔｅ．．ｆｉｎ
ｈｅａｔ
ｅｘ．．
［１４］ＢＥＪＡＮ
Ａ．Ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｈｅａｔ
ｔｒａｎｓｆｅｒ［Ｍ］．Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ，
ｃｈａｎｇｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＵＳＡ：ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，２０１３：３０—３７．
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ＧＯＹＡＩ．Ｍ，ｃＨＡＫＲＡＶＡＲＴＹＡ，ＡＴＲＥＹＭＤ．
Ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｍｕｌｔｉｓｔｒｅａｍｐｌａｔｅｆｉｎｈｅａｔ
［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳＡ：ＭｃＧｒａｗ—Ｈｉｌｌ，２００２：１２８—
１３５．
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ｄｒａｕｔｉｃ
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