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隨著社會(huì)的發(fā)展，資源和環(huán)境帶來(lái)的壓力也在不斷的增大，整個(gè)社會(huì)對(duì)于環(huán)境、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展提出了越來(lái)越高的要求。分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）和分布式儲(chǔ)能裝置（Distributed Energy Storage Devices, DESDs）的應(yīng)用可以有效地緩解資源匱乏和環(huán)境問題。但是隨著大量的DG和DESDs以微網(wǎng)的形式并入配電網(wǎng)中，對(duì)配電網(wǎng)甚至輸電網(wǎng)的電壓、電能質(zhì)量、系統(tǒng)保護(hù)和調(diào)度等各個(gè)方面都帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

帶有交流和直流接口的固態(tài)變壓器（Solid State Transformer, SST）相比于傳統(tǒng)的工頻變壓器，具有體積小、質(zhì)量輕、損耗小、不需要絕緣油等優(yōu)點(diǎn)。通過電力電子技術(shù)，SST不僅可以實(shí)現(xiàn)變壓功能，同時(shí)還具有平衡功率，改善電能質(zhì)量以及為各種設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)化接口等多種功能，因此，選用SST作為分布式發(fā)電和儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)接口裝置，可以更好地對(duì)能源進(jìn)行管理，解決DG和DESDs并入配電網(wǎng)中帶來(lái)的問題。

通過SST，各分布式發(fā)電和儲(chǔ)能裝置，接入配電網(wǎng)中，同時(shí)將通信技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，SSTs之間通過彼此間的通信來(lái)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的功率潮流，此時(shí)，帶有SSTs的整個(gè)系統(tǒng)就成了一個(gè)智能電網(wǎng)。

建立電力電子等級(jí)的智能電網(wǎng)難點(diǎn)在于如何保證系統(tǒng)在孤島模式下的穩(wěn)定性。孤島模式下，需要有效的控制方法來(lái)維持系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通信，利用這一優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)可采用主從控制結(jié)構(gòu)。

主從控制策略是指系統(tǒng)中某一個(gè)單元被控制為主控制器，其余作為從控制器的控制方式。但是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，需要在設(shè)計(jì)階段就考慮到系統(tǒng)的不確定性。魯棒控制理論是專門針對(duì)不確定系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制理論，已被廣泛用于電力電子相關(guān)的控制研究中。

混合靈敏度問題既考慮了對(duì)系統(tǒng)干擾的抑制問題，又考慮了系統(tǒng)模型的不確定性問題。因此，針對(duì)現(xiàn)有控制策略過于復(fù)雜，且未考慮高壓直流側(cè)電壓擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等問題，電力電子節(jié)能與傳動(dòng)控制河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員，提出了一種基于混合靈敏度的H∞魯棒控制策略。

該控制策略中，微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入孤島狀態(tài)時(shí)，將系統(tǒng)中帶有最大儲(chǔ)能裝置的SST控制為電壓源，作為主機(jī)維持系統(tǒng)的電壓和頻率的穩(wěn)定，相當(dāng)于電網(wǎng)。剩余所有SST控制其末端輸出電流，仍類似于工作在并網(wǎng)模式下。

孤島狀態(tài)下，主機(jī)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供電壓支撐，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題就轉(zhuǎn)換為主機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定性問題。然后通過將主機(jī)電壓穩(wěn)定性問題轉(zhuǎn)換為混合靈敏度問題，設(shè)計(jì)用于主機(jī)的H∞魯棒控制器，增加主機(jī)抑制由不確定性帶來(lái)的擾動(dòng)的能力，從而增加整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性，使得系統(tǒng)在受到結(jié)構(gòu)擾動(dòng)時(shí)，仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

研究人員首先建立了主機(jī)SST的模型，對(duì)SST的不確定性進(jìn)行分析，將系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題轉(zhuǎn)換為主機(jī)輸出穩(wěn)定問題。然后利用混合靈敏度法，選取恰當(dāng)?shù)募訖?quán)函數(shù)，設(shè)計(jì)用于主機(jī)的H∞魯棒控制器。最后通過Matlab/Simulink仿真平臺(tái)及RTDS硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了所提方法可有效抑制從機(jī)數(shù)量變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響。

以上研究成果發(fā)表在2020年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“一種用于消除孤島微網(wǎng)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)的魯棒控制策略”，作者為孫孝峰、馬宏磊、賈磊磊、李昕。