董翰林，张晓虎（湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南 株洲 412008）
摘 要：为了进步直流配电网中直流母线电压的电能质量，根据带死区的下垂操控思维，提出了一种将恒压操控和虚拟惯性操控相结合的操控办法。所述操控战略在随机功率动摇较小时，选用恒压操控办法来调理直流母线电压，确保直流母线电压的安稳；当随机仿真功率动摇较大时，则选用虚拟惯性下垂操控办法来减小直流母线电压的动摇。终究，在MATLAB/Simulink中搭建了改进型下垂操控战略模型并验证了该操控战略对进步直流母线电压质量的可行性。
关键词：直流配电网；带死区型下垂操控；恒压操控；虚拟惯性操控
0 导言
近年来，跟着人们对环境保护和动力紧缺认识的进步，以清洁动力为主的分布式可再生动力配电体系的开展得到了世界各国广泛的重视。为处理分布式可再生动力供电的电能质量问题，经过运用电力电子技能使多种动力协同互补和有用办理储能设备的微电网被专家们所提出。
微电网的研讨首要可分红三大类：沟通微电网、交直流混合微电网和直流微电网。虽然沟通微电网是现在的首要研讨目标，但因为在沟通配电网中存在功角安稳性、相位平衡以及多种损耗问题等。另一方面直流微电网不只不需要考虑相位和频率等带来的问题，并且比较于沟通微电网来说，直流配电体系具有供电容量更大，供电半径更长、运转功率更高、电能质量不杰出，可闭环运转等优势 [1] 。因而以分布式动力为主的直流微电网成为学者们的研讨热门。
文献[2]指出直流配电网的操控战略首要有主从操控和下垂操控办法，文献[3]剖析了传统下垂操控存在的固有局限性，并对不同的改进下垂操控进行了体系的分类和技能剖析。文献[4]剖析了与传统下垂操控不同的带死区下垂操控办法，当在死区内时，变流器可以完成无差调理，完成在必定范围内的电压-功率无差调理，在必定程度上改进惯例下垂操控的特性。文献[5]选用下垂操控的虚拟惯性操控办法，使蓄电池对体系供给惯性支撑，即在变流器直流侧虚拟出比实践并联电容大得多的虚拟电容，然后增大体系的抗干扰才能。
因为直流母线电压的安稳性是衡量直流微电网电能质量的唯一规范 [5] ，结合上述状况，为了使直流配电网在必定范围内的小功率动摇时，直流母线电压坚持不变；而呈现大的功率动摇时，可以使直流母线电压的动摇尽可能地减小。本文根据对蓄电池的调理，结合带死区型下垂操控的思维，将恒压操控和虚拟惯性下垂操控相结合的操控战略，来进步直流母线电压的质量。
1 直流配电网的结构
为了充分运用好可再生动力，直流微电网体系首要包括有多种分布式发电办法、储能设备以及各式变换器等，其典型的拓扑结构可概括为如下图1所示。
在图1所示的直流微电网中，给体系供给能量的分布式单元均经过单相AC/DC或DC/DC变换器衔接到直流母线；而储能单元则一般经过双向AC/DC或双向DC/DC衔接到直流母线；若直流配电网与沟通配电网衔接时，可经过双向DC/AC进行互联。
2 直流变流器操控剖析
2.1 U-P特性下垂操控
直流电压下垂操控可以经过直流电压和功率的联系来进行剖析，本文提出一种由光伏变换器和蓄电池和谐操控的下垂操控战略，下垂操控可使直流配电网体系无需通讯 [6] ，便可完成多个变流器一起坚持直流母线电压的安稳。为了便于剖析，可先只对一个变换器进行剖析，故其U-P
数学特性可概括为:
式中： U dcref ， P ref 别离为直流电压和输出功率的参阅值；k u 为直流电压的系数； k p 为输出功率的系数。
当 k p =0 时，式（1）为定直流电圧操控；当 k u =0时，式（1）则为定输出功率操控。
2.2 功率
死区型下垂操控功率死区型下垂操控，便是功率—电压下垂操控，变流器的端电压随功率改变呈现下垂特性的操控办法。但有别于传统的功率—电压下垂操控，在传统的功率—电压下垂操控中，当呈现功率变大时，电压随之下降；当功率变小时，电压随之升高；它是一种有差调理操控。而带功率死区型下垂操控，则是当功率在必定范围内动摇时，电压坚持不变；当功率动摇较大时，电压才随之相应升高或是下降，其功率—电压特性曲线如图2所示。
在图2中：实线部分为带功率死区的下垂操控，虚线部分则为惯例的下垂操控。如图2可知，当选用带功率死区下垂操控时，在死区内变流器可以完成无差调理，完成了必定范围内的电压—功率无差调理，该种办法在必定程度上改进了惯例下垂操控的特性。
下垂特性曲线中，变流器端电压改变量与功率改变量的比值称为下垂段的斜率。在图2中，带功率死区的下垂特性曲线的上段下垂段的斜率为
式中： V 表明上段特性曲线上某一运转点端电压； V e 表明电压的期望值；P表明上段特性曲线上某一运转点的功率； P e1 表明使电压动摇的临界功率。下段相似，这儿不再赘述。
由式（2）可推得，变流器端口输出功率为
从式（3）可以发现： K 值越大，变流器输出功率首端电压的影响越小；而K值越小，变流器功率收配电网动摇影响较大。
2.3 恒压操控
在恒压形式中，蓄电池变换器的操控框图如图3所示。行将直流母线实践电压 U dc 与参阅电压 U dcref 进行比较后，经 PI 操控器产生对应的PWM操控信号来操控变换器，该办法在必定的功率动摇范围内可坚持直流母线电压的安稳。
2.4 虚拟惯性下垂操控
当蓄电池选用U-P特性下垂操控,且 Kpfalse=1并倘若体系处于稳态时，由式（1）可得
为了使体系在产生功率动摇时，蓄电可以根据U-P特性进行敏捷的充电或是放电，为体系供给惯性支撑，进步体系的安稳性，可对式（4）中的下垂系数uKfalse进行改进：
由式（5）可知，
当电压随功率的动摇而动摇时，
随之变大或变小，使电压趋于安稳状况;当电压安稳时，
的值为零，该办法的首要长处在于：当电压呈现动摇时，下垂系数的增加速度快，且自带有最大和最小下垂系数别离为
，且式中的 a、b、c的值可根据体系的需求进行核算设置，其对应的下垂系数改变曲线如图3所示。
3 直流母线电压操控战略
咱们知道引起直流母线电压动摇的要素有许多，这儿只研讨负荷骤变，因为功率的动摇然后导致直流电压动摇的这一种状况。其简化模型如图4所示。
为了进步直流电压的电能质量，使直流电压在小功率动摇时能坚持安稳，在大功率动摇时能最大极限地减小直流电压的动摇起伏。本文将选用操控和虚拟惯性下垂操控相结合的战略来调理直流电压的安稳性。
因为
，两头一起对时间t求导可得：
在该战略中，当
时，变流器进行带功率死区中的恒压操控；而当
时，变流器则以变下垂系数的操控办法来调理直流电压的动摇。结合式（5）和式（6）可得其下垂系数 K 与 ∆P 对应联系如图6所示。其值如下：
4 仿真与试验成果
为验证本文所述操控战略对进步直流母线电压质量的可行性，在MATLAB/Simulink平台上搭建了图4所示的仿真体系来进行仿真验证。在图4中，分布式电源设置为200 V，分布式变换器侧选用了Boost升压电路；蓄电池模块选用的则是Simulink中的蓄电池模型，其规范电压设置为200 V,蓄电池接口选用的是Buck/Boost双向电路，本文只研讨了其处于升压作业的景象，直流负载运用电阻替代，直流母线电压的安稳值为585 V。
4.1 小功率负载接入对母线电压影响仿真
图5表明了小功率负载R 0 在t=2 s时接入体系，t=3 s时断开体系的仿真图。由图5可知，当体系产生小功率随机动摇时，即
时，直流母线电压简直安稳不变，坚持在585 V左右，误差很小。
4.2 超大功率负载接入对母线电压影响仿真
图6表明了超大功率负载 R 0 在t=2 s时接入体系，t=3s时断开体系的仿真图。由仿真可知，当功率负载超越必定值时，即
时，前面所选用得恒压操控办法再也无法坚持直流母线电压的安稳。由图6可知，此刻咱们选用自适应下垂系数操控的办法来操控蓄电池侧变换器时，可以很好地按捺直流母线电压的动摇起伏。
5 定论
本文提出了一种变下垂系数的改进型直流微电网母线电压安稳操控的办法，在必定程度上改进了直流微电网母线电压的电能质量。以直流母线电压作为参阅值，先后使体系别离接入功率较小和功率较大的负载来查验操控办法的可行性。
终究仿真成果表明，当功率动摇较小时，直流母线电压简直不产生动摇现象；而当功率动摇较大时，该操控战略也可以有用地减小直流母线电压的动摇起伏。总的来说，该操控战略改进了直流母线电压的安稳性，进步了母线电压的电能质量。
参阅文献
[1]熊雄,季宇,李蕊,孙丽敬,吴鸣,刘海涛.直流配用电体系关键技能及使用演示总述[J].我国电机工程学报,2018,38(23):6802-6813,7115.
[2]蒋智化,刘连光,刘自发,张晓晴.直流配电网功率操控战略与电压动摇研讨[J].我国电机工程学报, 2016, 36(4):919-926.
[3]朱珊珊,汪飞,郭慧,王奇丰,高艳霞.直流微电网下垂操控技能研讨总述[J].我国电机工程学报,2018,38(01):72-84+344.
[4]解大, 喻松涛 ,陈爱康,等.根据下垂特性调理的直流配电网稳态剖析[J]. 我国电机工程学报,2018,38(12).
[5]王毅, 黑阳, 付媛, 施凯伦. 根据变下垂系数的直流配电网自适应虚拟惯性操控[J]. 电力体系自动化, 2017(8).
[6]王成山, 李微, 王议锋, 等. 直流微电网母线电压动摇分类及按捺办法总述[J]. 我国电机工程学报, 2017(01):96-110.
作者简介:
董翰林(1991-)，男，湖北黄石，汉族，硕士，首要研讨方向：直流微电网电能质量操控技能。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第54页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
