直流微網(wǎng)中母線(xiàn)電壓波動(dòng)對(duì)直流負(fù)載的影響研究

直流微網(wǎng)中母線(xiàn)電壓波動(dòng)對(duì)直流負(fù)載的影響研究

0直流微網(wǎng)控制微電網(wǎng)是指集分布電源、電源矩陣裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置收集而成的小型發(fā)電系統(tǒng)。它是一個(gè)自治的系統(tǒng)，可以進(jìn)行自我控制、自我保護(hù)和自我管理。您不僅可以與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，還可以獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。以直流方式傳輸?shù)木徒兄绷魑⒕W(wǎng),以交流方式傳輸?shù)木徒薪涣魑⒕W(wǎng)。與傳統(tǒng)交流微網(wǎng)相比,直流微網(wǎng)擁有顯著優(yōu)點(diǎn):(1)直流微網(wǎng)中自身多種微型電源與直流母線(xiàn)的連接方式更為簡(jiǎn)便,不必考慮交流微網(wǎng)中輸出電壓的頻率和相位等問(wèn)題。(2)對(duì)直流微網(wǎng)的控制只決定于直流母線(xiàn)電壓,對(duì)交流微網(wǎng)的控制更大程度上取決于電網(wǎng)電流,因此直流微網(wǎng)更容易實(shí)現(xiàn)各微電源間的協(xié)同控制。(3)當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),直流微網(wǎng)能快速地與大電網(wǎng)分離,并能夠通過(guò)自身的能量源維持本系統(tǒng)正常運(yùn)行。(4)分布在負(fù)載側(cè)的變流裝置可以保證很高的供電可靠性和電能質(zhì)量。(5)發(fā)電功率和負(fù)荷功率的調(diào)整變化在直流微網(wǎng)中可以作為一個(gè)整體進(jìn)行協(xié)同管理和補(bǔ)償。在直流微網(wǎng)中,系統(tǒng)中由于不用考慮無(wú)功功率的流動(dòng),電壓就成為反映系統(tǒng)功率平衡的唯一指標(biāo)。直流微網(wǎng)的電壓穩(wěn)定可以定義為:當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時(shí),要將直流母線(xiàn)電壓保持在一定范圍內(nèi),母線(xiàn)電壓波動(dòng)不超過(guò)額定值±5%的能力?？刂浦绷魑⒕W(wǎng)中的母線(xiàn)電壓穩(wěn)定,就可以控制微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,如果發(fā)生母線(xiàn)電壓失穩(wěn),很可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作或甩負(fù)荷,甚至還會(huì)影響大電網(wǎng)的正常運(yùn)行。現(xiàn)有多種方法可以保證母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定,例如每一個(gè)微電源并入直流母線(xiàn)時(shí)都要對(duì)其輸出電壓的穩(wěn)定性進(jìn)行控制,使其達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn),直流微網(wǎng)中的蓄電池也起到維持直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定作用,也可以在母線(xiàn)輸出側(cè)添加一個(gè)電壓平衡器來(lái)優(yōu)化輸出的母線(xiàn)電壓,或者并接一個(gè)大的輸出電容以改善母線(xiàn)電壓的質(zhì)量,但是即便對(duì)直流母線(xiàn)電壓采取了各種保護(hù)措施來(lái)維持其穩(wěn)定性,當(dāng)掛載在母線(xiàn)電壓上的設(shè)備或微電源投入或切除時(shí),直流母線(xiàn)電壓還是會(huì)有小范圍的波動(dòng)和突變,本文的研究目的就是在直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)和小的突變情況下來(lái)維持掛接在直流母線(xiàn)上的直流負(fù)載輸出電壓的穩(wěn)定性。1降低血壓dc-d換換器小型信號(hào)模型的構(gòu)建假定掛接在母線(xiàn)上的直流負(fù)載為5歐姆的電阻,母線(xiàn)與負(fù)載通過(guò)BUCK降壓型電路進(jìn)行連接。1.1等效電路的確定為了保證模型的精確性,本次建?？紤]BUCK變換器中主要元器件的寄生參數(shù),主要包括:濾波電容的寄生電阻Rc,濾波電感的寄生電阻及電路中線(xiàn)路電阻之和RL,開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通壓降Vs,以及續(xù)流二極管導(dǎo)通壓降Vd和等效電阻Rd,把這些參數(shù)全部考慮進(jìn)去后,變換器的等效電路如圖3所示。S1和S2分別為理想開(kāi)關(guān)管和理想續(xù)流二極管,α和p兩點(diǎn)間的電壓為vαp,c和p兩點(diǎn)間的電壓為vcp,考慮負(fù)載為5歐姆純電阻。1.2等效電阻測(cè)試圖4所示的等效電路。(1-D)Vd為續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)等效壓降Vd按能量守恒定律折算到電感支路上的對(duì)應(yīng)壓降,DVs為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)等效壓降Vs按能量守恒定律折算到電感支路上的對(duì)應(yīng)壓降,(1-D)Rd為續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)等效電阻Rd按能量守恒定律折算到電感支路上的對(duì)應(yīng)電阻。小信號(hào)建模的前提是低頻,低紋波,小波動(dòng)(波動(dòng)幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)直流幅值),在這個(gè)前提下,由上述的等效電路,得出下列等式關(guān)系,將穩(wěn)態(tài)量和小信號(hào)量分離,同時(shí)由于假定為小信號(hào)波動(dòng),故線(xiàn)性化時(shí)可將兩個(gè)小信號(hào)的乘積忽略掉,這樣剩下的就是線(xiàn)性小信號(hào)模型,得到的傳遞函數(shù)如下:2電壓模式控制采用輸入電壓前饋加反饋的控制策略來(lái)抑制輸入電壓擾動(dòng)對(duì)直流負(fù)載的影響。電壓前饋就是在電路中把輸入電壓通過(guò)一個(gè)中間環(huán)節(jié)引入到控制系統(tǒng)中,消除輸入電壓的波動(dòng)對(duì)輸出負(fù)載的影響以改善系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)的電壓模式控制中,占空比是通過(guò)反饋環(huán)節(jié)固定的鋸齒波與給定電壓比較產(chǎn)生的,輸入電壓前饋的控制方式是將鋸齒波的產(chǎn)生與輸入電壓線(xiàn)性相關(guān)(即使鋸齒波的峰值電壓與輸入電壓成比例關(guān)系)。有下式:式中:a為常量,Un為鋸齒波峰值(這里a取1)故而可得出占空比關(guān)系如下:注意此時(shí)占空比是穩(wěn)態(tài)情況下的占空比,Ub為控制器的輸出電壓。對(duì)占空比求全微分,得出如下方程式:由此可以得出uin加到控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)為aD,從ub到占空比d之間的中間環(huán)節(jié)為1/aUin。加入電壓前饋后的小信號(hào)模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖5可知,若令此時(shí)母線(xiàn)電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓沒(méi)有影響,即實(shí)現(xiàn)對(duì)母線(xiàn)電壓擾動(dòng)的全補(bǔ)償。3輸出電壓lBUCK降壓型DC-DC變換器直流母線(xiàn)電壓Uin=180V(這里為了模擬直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng),采用三相整流橋輸出的直流電壓作為母線(xiàn)電壓),Vs=2V,Vd=0.355V,Rd=0.006Ω,RL=0.08Ω,L=1mH,C=2350uF,Rc=0.03Ω,R=5Ω,輸出電壓U0=100V,頻率fs=7000Hz。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為:仿真驗(yàn)證:從圖6中可以看出當(dāng)直流母線(xiàn)電壓在155V和180V之間波動(dòng)時(shí),通過(guò)加入前饋加反饋的控制方法后,輸出的穩(wěn)態(tài)電壓只有不到0.1V的波動(dòng),在圖7中母線(xiàn)電壓從180V突增到200V時(shí),輸出電壓也只有0.3V左右的變化,所以加入此種控制方法后,直流負(fù)載受母線(xiàn)電壓的影響非常小,直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng)對(duì)負(fù)載的影響幾乎可以忽略。4母線(xiàn)電壓突增時(shí)負(fù)載電壓波動(dòng)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖8和圖9可以看出,只有反饋的控制策略在母線(xiàn)電壓突增的情況下,負(fù)載電壓會(huì)有7V左右的波動(dòng),加入前饋后當(dāng)母線(xiàn)電壓突增時(shí),負(fù)載電壓波動(dòng)很小。所以前饋加反饋的控制策略能有效地抑制母線(xiàn)電壓的影響。5直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流微網(wǎng)是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種電網(wǎng)模式,它以其自身的優(yōu)點(diǎn),在