作為整合分布式能源的一種方式，直流微電網包含儲能、微源、負荷、并網換流器等四個部分，且隨著微電網規模的擴大，各組成部分之間及其內部的協調控制也逐漸趨于復雜，部分研究采用分布式分層控制實現各部分之間的協調運行，以維持母線電壓穩定，但是協調控制參數選擇并沒有給出明確的原則或可取范圍。

目前關于直流微電網的穩定性研究主要集中在控制器層面小擾動問題的探討上，研究方法一般基于阻抗比判據。但是，基于阻抗比判據的分析方法一般從單換流器系統進行建模，對于多換流器的系統需要進行大量的化簡；其次阻抗比判據必須規定功率的流向，即電源側輸出功率，負載側吸收功率，在實際的直流微電網中，儲能系統、并網換流器單元均可實現功率的雙向流動，無法明確區分電源的輸出阻抗與負載的輸入阻抗。

有學者建立了直流微電網的小信號模型，根據阻抗匹配準則，采用增大系統阻尼的方法，改善系統的穩定性。有學者建立變換器的穩態模型并在穩態工作點附近線性化，根據零極點的分布研究小干擾信號對直流微電網穩定性的影響，但是該方法對電力電子設備控制器參數具有依賴性。

而在實際中，直流微電網為復雜的電力電子系統，且負荷種類繁多、數量龐大（如一個家庭用戶便有多種負荷），在控制器參數難以獲知的情況下無法簡化為單變換器的負荷系統與單源系統級聯，因此依賴負荷控制器參數的級聯系統模型來分析微電網系統的穩定性便不再具有可行性。

關于直流微電網系統層面的建模分析，有學者也做了一定的研究。

• 有學者對直流微電網的電源、負荷進行建模，從功率的角度分析了系統的穩定性，為直流微電網的設計提供了參考依據。
• 有學者詳細分析了各單元控制方式，將微網內負荷視為恒功率負荷，并建立下垂控制方式下直流微電網的穩態模型。
• 有學者將負荷歸類為阻性負荷及恒功率負荷，并分析與驗證了恒功率負荷對于微電網穩定性影響更大的結論，這對于穩定性分析問題中負荷模型的簡化具有指導意義。
• 有學者基于小信號模型分析了下垂控制方式下線路阻抗、濾波系數等對微電網小干擾穩定性的影響，并提出了改善小干擾穩定性的前饋控制策略。
• 有學者在分析微電源的輸出功率傳輸特性和下垂控制原理的基礎上，針對低壓微網中線路阻抗呈阻性的特點對交流微電網的小信號穩定性進行了探討，對于下垂方式下直流微電網的穩定性分析具有借鑒意義。

但是上述文獻的研究多是通過控制環的設計改善微電網系統的穩定性，不能為系統級的穩定控制策略的參數設計提供一個量化參考。

圖1所示為直流微電網典型結構示意圖。并網運行的情況下交流主網可為直流微電網提供功率支撐（以PMG表示），直流母線不會因功率不足而出現電壓崩潰，但當并網換流器功率受限時，PMG為常數，其運行工況與孤網狀態下PMG=0時相同。

分布式電源采用最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制，穩態情況下表現為恒功率特性，以反向負荷PDG表示。其次，隨著微電網規模的擴大，儲能系統需采用多換流器并聯運行，因此本文通過理論推導建立多儲能換流器的并聯運行時的等效模型，并基于該模型分析了影響微電網穩定運行的因素，對不同系統參數下系統可承受的最大恒功率負荷進行量化。

本文最后基于理論分析設計了直流微電網分級穩定控制策略，從初始參數選擇、虛擬電阻調節、負荷調整三個方面進行闡述，并進行了仿真及實驗驗證。

圖1 直流微電網典型結構示意圖

圖18 實驗平臺

總結

考慮到直流微網中大量恒功率負荷的存在會降低系統阻尼進而影響系統穩定性，本文建立了微網系統等效模型，并對系統穩定性進行理論分析并設計了三級穩定控制策略，得出如下結論：

• 1）系統穩定性受電感、電容、虛擬電阻參數大小的影響。系統穩定性與C的大小正相關、與P及L的大小負相關；在一定工況條件下，r只有在一定范圍內才可保持系統穩定，且在該范圍內由小至大呈現先正相關后負相關的趨勢。
• 2）恒功率負荷的負阻特性會影響系統的穩定性，且該負阻大小與恒功率負荷的大小正相關，微電網系統若要穩定運行，其負荷功率需滿足一定限值，且該限值受系統參數影響。
• 3）改善微電網系統的穩定性可從r參數的選擇、r參數的調整、P參數的調整三個層面來考慮。在r參數允許范圍內，可通過在穩定范圍內減小虛擬電阻來提升電壓水平；當虛擬電阻調節受限時，可通過切除負荷的方式提升電壓水平，保證部分負荷的正常供電。