随着光伏、风电等分布式电源大规模接入，直流微电网因其高效整合多类型能源的优势而备受关注。然而，新能源出力的间歇性与负荷的突变性，始终是制约直流母线电压稳定的核心难题。近期，研究团队在《科学报告》期刊发表成果，提出一种分数阶虚拟同步发电机（FOVSG）控制策略，在储能集成直流微电网中实现了显著优于传统方案的电压调节性能。
传统交流系统中，同步旋转机械天然提供转动惯量，能够抵御频率和电压的瞬态冲击。而直流系统则截然不同——直流母线电容容量有限，电力电子变换器本质上是静态元件，不具备固有惯量。随着光伏与风电经变换器接入的比例不断攀升，这一"惯量赤字"问题愈发突出，在孤岛运行模式下尤为危险，极端情况下可能引发甩负荷乃至系统停电。
虚拟同步发电机技术弥补直流系统惯量赤字
为破解上述困局，学界引入了虚拟同步发电机（VSG）概念——通过软件算法在变换器控制层面模拟同步发电机的惯性与阻尼特性，从而为直流母线提供动态支撑。现有VSG方案普遍采用整数阶微分算子来模拟惯量，这在本质上限制了控制器对瞬态响应的塑造能力：设计者不得不在噪声放大与快速扰动抑制之间艰难权衡，且随着工况变化需要频繁重新整定参数。此外，大量已有研究仅关注虚拟惯量，忽视了直流母线电压恢复所必需的二次控制环节，以及并联变换器协调运行的主控层，导致控制结构缺乏完整的多时间尺度协同能力。
该研究所提FOVSG策略的核心创新在于，将VSG的惯性通道推广至分数阶，通过分数阶电压变化率（RoCoV）控制律调节直流母线电压动态。与整数阶方案相比，分数阶算子能够在更宽的频率范围内灵活塑造相位裕度与增益特性，既可在高频段衰减噪声，又能在低频扰动发生时迅速提供支撑，实现频率选择性阻尼与惯量定制。
分层控制架构与元启发式参数优化协同增效
在架构层面，FOVSG被嵌入一套层级化控制体系：内层为快速电流/电压环，保障变换器安全运行；主控层（一次控制）协调多台并联变换器的功率分配，扩大一次备用容量；外层（二次控制）则负责消除直流母线电压的稳态偏差，确保电压**恢复至额定水平。三层协同运作，使储能接口、光伏接口与风电接口之间形成紧密联动。
控制器参数的整定采用元启发式优化算法自动寻优，避免了传统手动调参的繁琐与主观性，进一步提升了调节质量与运行效率。研究所建直流微电网仿真模型包含四条并联支路：双向直流变换器（对接电池储能）、光伏升压变换器、风电升压变换器（含永磁同步电机与整流环节）以及直流负荷，覆盖了典型工程应用场景。
仿真结果显示，在负荷突变与可再生能源功率扰动等多种测试场景下，FOVSG均全面优于无VSG的传统双环控制和整数阶VSG方案。在部分极端工况下，直流母线电压超调量最高压降达80%，电压恢复速度更快，稳态精度更高。值得关注的是，当光伏或风电出力不足甚至停机时，依托储能变换器持续提供惯量仿真的机制仍可正常运作，弥补了部分现有方案在低出力阶段失效的短板。
光储协同控制成为微电网稳定性关键支撑
从系统配置视角来看，该研究强调了多变换器并联运行的重要性。单台变换器承担惯量仿真任务时，鲁棒性有限；而多台变换器协同参与一次调节，不仅扩大了可用备用，还显著降低了扰动期间的电压偏差幅度。这一结论对工程实践颇具指导意义——在直流微电网规划阶段，应将储能变换器的控制能力与并联冗余配置一并纳入设计考量。
此外，研究团队还梳理了配电系统优化领域的相关进展，包括基于粒子群优化的无功补偿装置选址定容、分布式静止补偿器（DSTATCOM）最优配置等研究，印证了智能优化与先进控制策略在现代电力系统中日益凸显的价值。分数阶控制与VSG的融合，正是这一趋势在微电网稳定控制领域的集中体现。对于正在推进"源网荷储"一体化和虚拟电厂建设的中国能源行业而言，上述技术路线具有直接的参考价值——尤其是在工业园区、偏远地区离网系统及海岛供电等对电压质量要求严苛的应用场景中，将分数阶控制算法与储能变换器深度集成，有望成为提升系统稳定性、降低调度复杂度的有效抓手。