随着环境问题的日益突出以及可再生能源在电力系统所占比重的逐年上升，分布式能源得到了广泛的关注。为了更好地解决分布式能源接入电网的问题，学者们引入了微电网的概念。微电网技术代表着未来分布式能源供应系统的发展趋势，也是未来智能配用电系统的重要组成部分。

在直流微电网中，太阳能光伏（Photovoltaic, PV）、燃料电池和风力涡轮机系统所产生的电能大多是直流电或者非工频交流电，且直流系统中不存在相位同步、谐波以及无功损耗问题，提升了供电的质量及可靠性。因此，直流微电网得到了快速的发展。

直流微电网作为主网的一部分，既可与交流大电网并网运行，也可独立运行。在孤岛模式下，微电网失去了交流大电网的功率支撑，出力具有不确定性的可再生分布式能源会对母线电压造成波动，这时通常在微电网中配备一定容量的储能系统，利用储能单元的快速充放电特性补偿可再生能源和负载之间的功率不平衡，稳定母线电压。

当在直流微电网中部署多个蓄电池储能单元（Battery Storage Units, BSUs）时，需要对储能电池的荷电状态（State of Charge, SOC）进行控制，以防止SOC超出范围，并通过将BSUs的SOC值维持在相近水平来延长电池的使用寿命。

对于多储能系统的控制器一般采取集中式的方法，但是由于集中式控制器的可靠性不高，一旦局部发生故障，会导致整个系统故障，因此对于储能系统分布式控制的研究也越来越多。目前，对于分布式储能系统的功率分配所采用的技术大都基于下垂控制。

此外，在微电网运行过程中，BSUs的SOC也在实时发生变化，为了避免单个电池的过充过放和BSUs之间的循环电流，须对系统功率分配进行动态调节，使系统内各组BSUs荷电状态趋于一致。

• 有学者提出了一种基于自适应的下垂控制用于调节各组BSUs的SOC，可实现SOC水平高的BSU输出功率大，SOC水平低的BSU输出功率小，但由于采用了分散式的下垂控制结构，线路阻抗的存在会影响功率分配的精度并且自适应下垂控制导致下垂系数会随着SOC水平的降低而增大，从而导致母线电压与参考值的偏差变大。
• 有学者提出了一种规则化的能量管理方法，实现了含多组储能系统的大规模光伏电站电力调度，但因该种方法基于集中式控制，依赖大规模通信，系统可靠性不高。
• 有学者提出一种主从结构的分布式二次控制器，主控制器用于调节母线电压，次控制器用于实现SOC均衡以及功率分配。但这种结构的主控制器须保持与各个次控制器的通信，一旦一条通信链路发生故障，则会导致控制器失效。
• 有学者提出一种用于直流微电网的新型分散控制器，利用低带宽通信的可靠性，实现电压调节与相同的负载分担，有效地解决了集中式控制器依赖高速通信并且容易发生单点故障、可靠性差、无法满足即插即用性等问题。
• 有学者提出一种实时更新下垂系数的自适应下垂控制，这种方法使用经典比例积分（Proportional Integral, PI）控制器调整下垂参数。因此，在系统参数或负载条件变化很大的情况下，系统会产生较大的波动。
• 有学者基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法和遗传算法之类的最佳优化算法来寻找虚拟阻抗的最优值，从而将电流共享误差降至最低。尽管这种方法不需要通信，但是算法计算量大，导致系统不能在线优化。

在上述背景下，浙江工业大学信息工程学院等单位的科研人员针对多组储能单元与多组光伏系统构成的孤岛直流微电网，提出一种基于滑模控制的直流微电网一致性控制策略。实现了各单元之间的功率合理分配，所采用的分布式控制仅需要系统本地变流器的测量信息以及相邻变流器节点的测量信息即可使得全局控制变量趋于一致，不依赖于高速通信，可靠性高。系统通过电压观测器对系统中的电压进行观测，以实现平均直流母线电压。在二次控制中采用滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）用于控制每个变流器的输出电压与输入电流，可以快速地完成输出电压以及电流的控制。

图1 控制框图

为了评估所提方案在实际中的动态性能，科研人员使用Matlab/ Simulink搭建了含四组变流器、蓄电池及光伏电池的微电网。仿真结果表明，所提分布式控制方案保持了变流器之间依据SOC状态的精准功率分配，并且在负载动态状态下也可以将直流母线电压恢复至参考值。此外在负载投切与PV波动案例分析中，将SMC控制器与传统PI控制器进行比较，验证了所提SMC控制器较好的鲁棒性以及快速响应，改善了微电网的动态性能。

本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“基于滑模控制的直流微电网一致性控制策略”，作者王宇彬、杨晓东 等。