25、直流微电网技术：控制、保护与应用

直流微电网技术：控制、保护与应用

分布式控制与直流微电网概述

分布式控制在直流微电网中具有重要意义。图论中的图拉普拉斯矩阵能明确反映通信网络的拓扑结构，通过设计矩阵权重，还可控制收敛速度。分布式控制可实现与集中式控制相当的信息感知，能轻松达成输出电流共享、电压恢复、全局效率提升、荷电状态（SoC）平衡等目标。相较于分散式控制，分布式控制功能更广泛，且能避免单点故障问题。不过，其主要局限在于分析性能时较为复杂，尤其是在存在通信时延和测量误差的非理想环境下，评估收敛速度和稳定裕度颇具挑战。

直流微电网系统保护

尽管直流系统相较于交流系统有诸多优势，但其保护设计仍是一大挑战。其中，保护装置跳闸时产生的直流电弧难以熄灭是关键难题，而且目前对于直流系统的运行问题，人们的理解和经验普遍不足，因此尚未形成广泛认可的保护标准和指南。下面从四个主要方面介绍直流微电网的保护。

故障类型

直流电力系统存在两种基本故障类型：接地故障和线间故障。接地故障虽相对不严重，但在工业配电系统中更为常见，其故障阻抗可能高也可能低；而线间故障通常阻抗较低。不同位置的故障影响各异，例如，母线故障比馈线故障更危险，因为母线故障会影响所有与之相连的馈线。

设计保护系统时，需确定所有可能的故障位置，并计算每个位置的故障电流。系统内的所有有源电源都会参与总故障电流的形成，其实际贡献取决于电源与故障位置之间的有效阻抗。以下是不同情况下故障电流的计算方式：
- 直接连接电池的贡献 ：当电池通过电缆直接连接到公共直流母线时，在母线故障情况下，电池的电流贡献可表示为：
[i_{bat}(t) = \frac{u