互联微电网融合电池约束感知的实时分层多层控制策略及其多模态运行性能验证

《Scientific Reports》：Robust distributed generation and demand-balanced hierarchical multi-layer control strategy for real-time adaptive power management in interconnected microgrids using RTDS

　　

摘要

互联微电网（IMGs）提升了系统韧性和可再生能源利用率，但协调的微电网间功率交换、受储能限制的调度以及可靠的多模式运行仍面临挑战。本文提出了一种新的实时分层多层控制策略（HMLCS），该策略融合了一次、二次和三次控制，包含明确的微电网间功率共享机制以及考虑约束条件的电池调度。代数有功功率平衡根据发电 - 负荷不平衡情况及邻近支持能力，协调并网、互联、孤岛和自愈模式。电池运行受 20% 至 90% 荷电状态（SoC）范围、0.6 C 充放电限值、70% 放电深度约束以及与 SoC 相关的降额处理所限制。小信号变流器模型验证了四种模式下的闭环稳定性，包括平台延迟在内。实现采用实时数字仿真器（RTDS），网络时间步长为 50 μs，变流器时间步长为 2.5 μs。验证内容涵盖模式切换、不平衡及非线性负载、辐照瞬变、长期孤岛运行以及严重故障叠加（N?1）停电条件。在 20 秒的序列过程中，光伏提供了 72.95% 的负载能量，电池储能、柴油发电及电网支持分别贡献了 14.73%、5.14% 和 7.19%。最大频率偏移为 0.260 Hz，一次控制于 0.25 秒内抑制住频率偏差，并在 1.71 秒内完全恢复。标称条件下电流总谐波失真（THD）为 1.604%，在 30% 非线性负载下为 2.492%。在 90 分钟的孤岛运行期间，关键负载能量满足率为 100%，最终荷电状态（SoC）为 21.66%。在严重扰动序列下，自愈功能在无需断开负载的情况下提供了 12.4 至 17.6 kW 的跨微电网支持，并将频率恢复时间缩短了 39.0%。未供电能量为零，负载能量服务率高达 98.37%，证实了所提出 HMLCS 在动态响应、电能质量、储能感知及韧性方面的实时性能。