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隨著社會的發(fā)展，資源和環(huán)境帶來的壓力也在不斷的增大，整個社會對于環(huán)境、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展提出了越來越高的要求。分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）和分布式儲能裝置（Distributed Energy Storage Devices, DESDs）的應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以微網的形式并入配電網中，對配電網甚至輸電網的電壓、電能質量、系統(tǒng)保護和調度等各個方面都帶來了新的挑戰(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、質量輕、損耗小、不需要絕緣油等優(yōu)點。通過電力電子技術，SST不僅可以實現(xiàn)變壓功能，同時還具有平衡功率，改善電能質量以及為各種設備提供標準化接口等多種功能，因此，選用SST作為分布式發(fā)電和儲能裝置的并網接口裝置，可以更好地對能源進行管理，解決DG和DESDs并入配電網中帶來的問題。

通過SST，各分布式發(fā)電和儲能裝置，接入配電網中，同時將通信技術應用到系統(tǒng)中，SSTs之間通過彼此間的通信來優(yōu)化整個系統(tǒng)的功率潮流，此時，帶有SSTs的整個系統(tǒng)就成了一個智能電網。

建立電力電子等級的智能電網難點在于如何保證系統(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維持系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定，從而保證整個系統(tǒng)的正常運行。智能電網系統(tǒng)可以實現(xiàn)通信，利用這一優(yōu)勢，系統(tǒng)可采用主從控制結構。

主從控制策略是指系統(tǒng)中某一個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，需要在設計階段就考慮到系統(tǒng)的不確定性。魯棒控制理論是專門針對不確定系統(tǒng)進行控制系統(tǒng)設計的控制理論，已被廣泛用于電力電子相關的控制研究中。

混合靈敏度問題既考慮了對系統(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，針對現(xiàn)有控制策略過于復雜，且未考慮高壓直流側電壓擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等問題，電力電子節(jié)能與傳動控制河北省重點實驗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，微網系統(tǒng)進入孤島狀態(tài)時，將系統(tǒng)中帶有最大儲能裝置的SST控制為電壓源，作為主機維持系統(tǒng)的電壓和頻率的穩(wěn)定，相當于電網。剩余所有SST控制其末端輸出電流，仍類似于工作在并網模式下。

孤島狀態(tài)下，主機為整個網絡提供電壓支撐，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題就轉換為主機的輸出電壓穩(wěn)定性問題。然后通過將主機電壓穩(wěn)定性問題轉換為混合靈敏度問題，設計用于主機的H∞魯棒控制器，增加主機抑制由不確定性帶來的擾動的能力，從而增加整個系統(tǒng)的魯棒性，使得系統(tǒng)在受到結構擾動時，仍然可以穩(wěn)定運行。

圖1 系統(tǒng)結構圖

圖2 硬件在環(huán)實驗平臺

研究人員首先建立了主機SST的模型，對SST的不確定性進行分析，將系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題轉換為主機輸出穩(wěn)定問題。然后利用混合靈敏度法，選取恰當?shù)募訖嗪瘮?shù)，設計用于主機的H∞魯棒控制器。最后通過Matlab/Simulink仿真平臺及RTDS硬件在環(huán)實驗平臺，驗證了所提方法可有效抑制從機數(shù)量變化時對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響。

以上研究成果發(fā)表在2020年第11期《電工技術學報》，論文標題為“一種用于消除孤島微網結構擾動的魯棒控制策略”，作者為孫孝峰、馬宏磊、賈磊磊、李昕。