可再生能源 (RES) 并网推动直流微电网成为智能电网研究热点。直流系统凭借转换损耗低、传输效率高以及与光伏、储能设备的天然兼容性，在分布式能源 (DER) 协同控制中展现出显著优势。其核心控制难题在于传统下垂控制固有的精度-稳定性矛盾：下垂系数增大虽可提升功率分配精度，却导致母线电压偏差加剧，反之则影响动态响应性能。

 当前研究围绕电压恢复、阻抗补偿和事件触发通信三大方向展开，但这些改进方案或依赖集中通信架构，或受限于参数辨识精度，始终未能突破传统框架桎梏。曾进辉教授团队提出的三层协同控制框架实现双重突破：通过动态下垂系数实时调节机制，在物理层达成精度与稳定的动态平衡；构建全分布式事件触发通信网络，在信息层实现90%通信负载削减。该架构创新性地将模型预测控制嵌入协调层，形成多时间尺度优化闭环，为高渗透率可再生能源场景下的直流微电网控制提供了兼具经济性与可靠性的解决方案。

研究过程

在直流微电网中，分布式电源通过转换器连接到直流母线，并通过下垂控制改变转换器的输出特性，以实现合理的功率分配。因此，传统的下垂控制局限性在于无法将高精度配电与直流母线电压调节相结合。这些限制凸显了对控制策略的需求，该策略不仅要解决电压-电流的权衡，还要最大限度地减少分布式能源管理中的通信压力。

为了弥合这一差距，作者团队提出了一个三层分层控制框架，集成了主要、次要和事件触发的共识层。该架构旨在实现以下目标：(1) 在不同线路阻抗下按比例分配电流，(2) 通过动态补偿消除直流总线电压偏差，(3) 通过自适应事件触发协议减少通信依赖性。

具体而言，为了实现不同线路阻抗下直流电源并网时输出电流的比例分配，同时保证直流母线电压保持在额定值，作者团队在传统下垂控制的基础上进行了改进，将双并联变换器扩展为多路并联变换器控制结构，并提出了一种基于一致性算法的直流微电网分层控制方法，如控制示意图图1所示。

图1  直流微电网三层分层控制架构

其中，分层控制框架包括三层：

1.主控制：本地压降控制和电压/电流回路，用于功率共享和稳定。

2.二级控制：共识驱动的下降系数 (ΔKi) 和电压偏差 (ΔUi) 补偿。

3.事件触发的共识控制：自适应协议，以最大限度地减少通信压力。

值得注意的是，为解决分布式二次控制带来的通信压力，计算资源的过度消耗等问题，作者团队提出一种基于事件触发机制的均流共识控制协议，并将一致性问题转化为相应的误差系统稳定性问题。图2显示了本文提出的基于事件触发机制的均流共识算法的控制流程图。其中每个 DG 仅在违反混合触发条件时更新其状态并广播到邻居，与连续协议相比，静默期减少了 99.9% 的通信。

图2 事件触发的共识控制工作流程

研究结果

1.二次控制能够使直流母线电压稳定在参考电压值附近，实现了系统的稳定性，较好地优化了传统的下垂控制。

2.基于事件触发机制的分布式相干控制不依赖于全局通信，也不需要连续通信。

3.事件触发机制，网络拓扑的变化对自适应电流一致的下垂控制没有影响，所提出的控制协议具有可扩展性。

4.直流微电网分级控制在网络拓扑改变后，既能继续保持成比例的功率均衡，又能将电压稳定在参考值。

研究总结

作者团队提出了一种用于直流微电网的完全分布式事件触发自适应下垂控制策略，解决了传统下垂控制中均流精度和电压稳定性之间的固有权衡问题。分层架构 (包括初级压降控制、基于共识的次级补偿和混合事件触发协议) 实现了 <0.015% 误差的比例电流分配，消除了直流总线电压偏差 (U bus − U ref < 0.09%)，并与周期性方案相比，将通信压力降低了 99.975%。

未来研究方向

1.向后兼容传统下垂控制：为了促进实际采用，传统逆变器设计仅阈值触发函数，并分析分阶段升级期间的混合稳定性。

2.大规模异构系统：通过虚拟阻抗匹配将协议扩展到50+智能体的光伏、风能和储能微电网。

3.延迟和拓扑适应性：面向农村电网的延迟补偿触发器和稀疏拓扑权值设计。

4.成本效益部署：为没有硬件升级的遗留系统优化动态补偿 (ΔKi)。

作者简介

曾进辉 教授

湖南工业大学电气与工程信息学院院长

曾进辉，汉族，中共党员，博士、教授、博士生导师。现任湖南工业大学电气与信息工程学院院长，兼任IEEE PES直流电力系统技术委员会低压直流分会常务理事、IEEE PES电力系统保护控制技术委员会 (中国) 配电网保护控制技术分委会常务理事、中国电源学会交通电气化专业委员会委员、湖南省电工技术学会常务理事，“电气与控制工程”湖南省大学生创新创业教育中心主任，湖南省一流社会实践课程、湖南省研究生优质课程负责人。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3232276

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