《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：A comprehensive review on the application of distributed techniques in the control of hybrid microgrids
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Sajjad Safarloo|Amirhossein Rajaei|Jamshid Aghaei
电气工程系，设拉子技术大学，Modarres Blvd，设拉子，71557-13957，法尔斯省，伊朗
摘要
混合式交流/直流微电网（HMGs）具有复杂的架构，需要可扩展、具有
Sajjad Safarloo|Amirhossein Rajaei|Jamshid Aghaei
电气工程系，设拉子技术大学，Modarres Blvd，设拉子，71557-13957，法尔斯省，伊朗
摘要
混合式交流/直流微电网（HMGs）具有复杂的架构，需要可扩展、具有弹性和适应性的控制解决方案。分布式控制与HMG结构天然契合，能够提高稳定性、可靠性和效率，同时支持可再生能源的整合。本文全面回顾了HMG架构和分布式控制策略，并提出了控制目标的结构化分类。通过对60多项研究的批判性分析，评估了分布式技术实现这些目标的方式，突出了它们的优势、局限性和实际相关性。Commelec、Basalt Vista和FractalGrid等实际应用案例证明了分布式控制在HMG中的可行性。文章还讨论了关键挑战，包括通信延迟、互操作性和网络安全问题，以及基于人工智能（AI）和机器学习（ML）的解决方案。最后，文章提出了研究建议，并展示了分布式控制如何有助于提高能源效率、减少排放、实现农村电气化以及联合国可持续发展目标（SDG 7和SDG 13）。
引言
近年来，微电网（MGs）的优势吸引了广泛关注。它们能够独立运行，在电网故障期间为关键负载供电，从而提高整体可靠性。通过整合各种可再生能源并减少对化石燃料的依赖，MGs还有助于稳定能源价格[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。
与传统网络相比，由于主要使用可再生能源，能源安全性得到了提升，这也缓解了环境挑战。由于消费者靠近发电源，传输损耗减少，整体效率提高。MGs还改善了电力质量，同时降低了投资和运营成本[3]、[7]、[8]、[9]。
MGs可以定义为小型配电网络或电气信息物理系统，集成了转换器、可再生能源、储能装置、分布式发电和智能控制层，能够在并网或孤岛模式下运行[10]、[11]、[12]、[13]。
混合式交流/直流微电网（HMGs）是一个重要的发展方向，结合了交流（AC）和直流（DC）系统的优势，以实现更高的效率、更低的成本和更好的可靠性[14]、[15]、[16]、[17]。通常，HMG由通过一个或多个双向互联转换器（BILCs）连接的交流和直流子电网组成[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。
交流子电网为交流负载供电，而直流子电网为直流负载供电，减少了转换环节，提高了整体性能[20]、[23]、[24]、[25]。在并网模式下，电压和频率保持稳定；然而，当与主电网断开连接时，由于缺乏机械惯性，可能会出现显著变化。因此，有效控制这些参数至关重要。
交流和直流网络的共存进一步增加了控制的复杂性，需要子电网之间的协调管理[26]、[27]、[28]。随着能源需求和分布式资源的持续增长，由于通信负载、计算限制和单点故障，集中控制变得不切实际[29]。
分散式方法提高了自主性，但缺乏协调性和可扩展性。分布式控制有效解决了这些挑战，提供了可扩展性、鲁棒性和与复杂HMG结构的兼容性。
多篇综述文章从不同角度探讨了MG控制研究。例如，Sahoo等人[30]是最早关注MGs中分布式控制的研究之一，提供了基础框架，但对混合结构的讨论有限。文献[31]对交流、直流和混合MGs的控制技术进行了分类，但主要侧重于分类学。同样，Ahmed等人[32]回顾了MG的稳定性和架构，但没有分析分布式控制的实现。Yazdanian和Mehrizi-Sani[29]研究了MG技术和关键驱动因素，但没有涉及混合系统。
Dawoud等人[33]强调了资源优化而非控制架构，而Dahane和Sharma[34]主要讨论了集中式和分层框架内的协调策略。此外，Nejabatkhah和Li[35]以及Mirsaeidi等人[36]分别讨论了电力管理和保护，但没有提供分布式方法的全面评估。
此外，Zolfaghari等人[18]回顾了双向互联转换器（BILC）的控制，但没有将其分析扩展到HMGs的其他目标。总体而言，以往的研究主要集中在分类、稳定性和优化上，而不是系统地评估孤岛条件下的分布式技术。
这些综述大多发表于2021年之前，当时关于HMGs的分布式策略研究仍处于起步阶段。相比之下，本研究提供了针对频率和电压调节、功率共享和经济调度的分布式方法的集中和现代综述。对60多项最新研究的比较评估突出了它们的关键优势、局限性和研究空白，为HMGs中分布式控制的未来发展提供了见解。
本文首先探讨了HMG的拓扑结构，然后在第3节分析了HMG的控制结构，第4节介绍了分布式技术的类型。第5节深入讨论了HMG的控制目标。第6节总结了MG控制中分布式技术的实现情况。第7节简要介绍了现实世界中的旗舰项目。第8节在讨论挑战的同时，提出了未来研究的可能方向。最后，第9节总结了我们的发现。
章节摘录
HMG（定义和拓扑）
前一节讨论了MGs取代传统电网的重要性和潜力。结合交流和直流MGs可以创建混合电网，从而获得两种系统的优势。此外，由于减少了开关和转换器的数量，混合电网比纯交流或直流MGs更高效且更具成本效益。它们还可以提供广泛的电压幅度和频率范围，使其更加多功能和吸引人。
至少包含一个交流子电网和一个直流子电网
HMG控制
由于结构复杂，管理HMGs比管理纯交流或直流MGs更具挑战性。文献[30]全面回顾了MG控制方法。文献[37]的作者回顾了HMGs的控制策略研究，而Dawoud等人[33]和Azeem等人[38]讨论了提高HMG性能的优化方法。
分布式技术
所有分布式方法的主要目标是通过通信实现协作。这些技术根据问题的结构和决策者的视角而有所不同。图4展示了分布式技术的分类。
控制目标
HMG中的控制系统设计和实现目标在图5中进行了可视化总结。
利用分布式控制实现控制目标
基于第5节的内容，我们对比分析了60多项关于HMGs的研究，展示了分布式控制技术如何实现这些目标。表3简洁总结了每种方法的优点和局限性，以及5个控制目标：5.1 HMG的主要控制目标，6.1 利用分布式控制实现控制目标，6.2 经济开发和能源管理，6.3 提高电力质量和稳定性特征。
现实世界中的旗舰项目
目前，许多MGs正在现实世界中设计和运行，我们将在下文中探讨一些最突出的例子。这些项目的相关性在于，它们面临的大多数挑战已在之前的研究中得到考虑，我们将在下一节中进行探讨：
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沙特阿拉伯的红海项目：一个完全由可再生能源驱动的城市正在沙特阿拉伯的红海沿岸建设中，这是一个重要的里程碑
挑战
HMGs的分布式控制面临许多复杂挑战，每个挑战都需要先进的解决方案。如图8所示，该领域的一些主要挑战如下：
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电流不平衡：由于大型单相负载和非线性负载，馈线的总电流不平衡。
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分布式能源资源（DERs）的不可预测性：可再生能源的生产严重依赖于不断变化的天气条件，导致输出不稳定和不可预测。
结论
HMGs为整合可再生能源资源提供了一个有前景的平台。然而，它们复杂的架构要求控制系统具有适应性、可扩展性和弹性。在现有的控制范式中，分布式控制在与HMGs的运行需求方面表现出显著的兼容性，特别是在提高系统稳定性、协调性和灵活性方面。
本综述对HMGs的组成部分和典型控制方法进行了结构化分析
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
