使用開(kāi)關(guān)電容單元混合型直流和變換器實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的雙向潮流控制說(shuō)明

　　本文研究了一種雙向混合式直流-直流變換器，適用于包括微電網(wǎng)在內(nèi)的各種應(yīng)用中的兩條直流電壓母線之間的接口。開(kāi)關(guān)電容器單元集成在變換器拓?fù)渲?，在不使用變壓器的情況下具有高電壓轉(zhuǎn)換比的優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)狀態(tài)空間平均法和等效電路模型上的脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)模型法，分析了變換器的運(yùn)行情況和升壓和降壓運(yùn)行模式的穩(wěn)定性。該變換器采用基于波特圖的頻域電流控制器，采用K系數(shù)法。通過(guò)一個(gè)平均值和一個(gè)詳細(xì)的開(kāi)關(guān)模型得到的仿真結(jié)果表明，控制器能夠很好地跟蹤參考電流波形，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。從2千瓦變頻器樣機(jī)上獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論考慮和仿真結(jié)果。

　　微電網(wǎng)、可再生能源系統(tǒng)、汽車(chē)和其他應(yīng)用通常需要雙向DC-DC變換器，以確保各種儲(chǔ)能元件之間的電力流動(dòng)。因此，在儲(chǔ)能裝置和直流母線之間放置不同電壓等級(jí)的雙向DC-DC變換器，近年來(lái)成為重要的研究課題。

　　在許多情況下，雙向轉(zhuǎn)換器必須在輸入和輸出之間提供高電壓比。如果使用超級(jí)電容器作為存儲(chǔ)元件，則需要高電壓比，以允許跨終端的電壓變化較大，從而充分利用儲(chǔ)能容量。

　　在直流微電網(wǎng)中，直流-直流雙向變換器在控制內(nèi)部直流母線電壓和維持系統(tǒng)功率平衡方面發(fā)揮著重要作用。對(duì)于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中電池和超級(jí)電容器都用作儲(chǔ)能裝置，兩個(gè)或兩個(gè)包括更多具有協(xié)調(diào)控制的雙向轉(zhuǎn)換器。

　　目前，人們對(duì)插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（PHEV）的興趣迫使人們研究包括可再生能源在內(nèi)的能源系統(tǒng)的新充電策略。在這種情況下，直流配電總線很容易實(shí)現(xiàn)，以集成這種電源。此外，在這種結(jié)構(gòu)中使用雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器，PHEV電池中存儲(chǔ)的能量可以通過(guò)所謂的V2G操作反饋回電網(wǎng)。

　　雙向DC-DC變換器對(duì)電流隔離的要求是一個(gè)很高的限制。在需要電流隔離和高電壓轉(zhuǎn)換比的應(yīng)用中，可以使用反激或正向變換器。這些簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器的主要缺點(diǎn)是由于漏感，需要額外的電路，增加了復(fù)雜性。

　　如果不需要電隔離，傳統(tǒng)的雙向降壓升壓變換器（包括半橋）通常用于需要雙向功率流的應(yīng)用中。其它標(biāo)準(zhǔn)的雙向變換器也可用于儲(chǔ)能系統(tǒng)中，每一個(gè)都具有與直流增益、元件計(jì)數(shù)和電壓應(yīng)力有關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)插入額外的電容器和開(kāi)關(guān)，傳統(tǒng)的降壓變換器可以改進(jìn)為T(mén)HR。EE級(jí)拓?fù)渌募?jí)或多級(jí)拓?fù)?，用于更寬的操作范圍，具有更大的增益。多電平變換器的主要缺點(diǎn)是電壓電容平衡。其他已知的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，如zeta轉(zhuǎn)換器，也可以修改為雙向拓?fù)洹?/p>

　　其他具有高升壓/降壓電壓比的無(wú)變壓器DC-DC變換器是所謂的混合變換器，通過(guò)將開(kāi)關(guān)電容或開(kāi)關(guān)電感結(jié)構(gòu)插入降壓、升壓和其他簡(jiǎn)單變換器而獲得。結(jié)果表明，在升壓變換器的輸出端，耦合電感和開(kāi)關(guān)電容單元的組合也能取得良好的效果。具有多個(gè)開(kāi)關(guān)電容單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供雙向操作是可行的。單端初級(jí)電感變換器（SEPIC）結(jié)構(gòu)還可以從雙向結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電容單元中獲益。