关管和理想续流二极管，ａ和Ｐ两点间的电压为”。Ｃ和Ｐ两点间
的电压为”…考虑负载为５欧姆纯电阻州“。。
式中：Ⅱ为常量，ｕ。为锯齿波峰值（这里口取１） 故而可得出占空比关系如下：
。＝瓦Ｕｂ
电压。
＝一
ａＵ。
Ｕ６
注意此时占空比是稳态情况下 的占空比，Ｕ。为控制器的输出
对占空比求全微分，得出如下方程式： 图３考虑寄生参数的等效电路
１＋鲁）￡ｃ；＋（Ｒｓ．Ｃ＋ＲｃＣ＋百Ｌ＋ＲＥ尺ＲｃＣ，、Ｉｓ＋百ＲＥ＋・
６６
Ｅｌｅｃｔｄｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
ｍＨ，Ｃ＝２ ３５０ ｕＦ，Ｒ。＝０．０３ Ｑ，Ｒ＝５ ０００ Ｈｚ。
ｎ，输出电压％
Ｖ，频率．ｆ＝７
经过计算可得ＰＩ调节器的传递函数为：
万方数据
电力系统及其自动化
Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
ｏｆ施几如町ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，
Ａｎｈｕｉ
ｏｆ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｄｅ
ｎｏｔ
ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｈｅｆｅｉ
２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
ｃａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ＤＣ ｍｉｃｒｏ ｇｒｉｄ。Ｂｅｃａｕｓｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｅｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ
Ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｂｕｓ Ｖｏｌｔａｇｅ
ｔｈｅ ＤＣ Ｌｏａｄ ｆｏｒ ＤＣ Ｍｉｃｒｏ Ｇｒｉｄ
Ｘｉｎ—ｂｉｎｇ，ＱＩＡＯ
Ｌｏｎｇ—ｙａｎｇ
ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ－ｒｏｎｇ，ＷＡＮＧ
（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｈｅｆｅｉ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｓ弘ｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ
ｔｈｅ ＤＣ Ｒ．Ｕｃｈｉｄａ．ＤＣ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎ—Ｔｒｏｌ ｏｆ
１位
专ｌＯＯ
≥ ９８ ０
……ｊ．厂
ｔ
Ｕ。＝ａＵ。。
ＢＵＣＫ降压型电路进行连接。
１．１
将ＢＵＣＫ电路平均化
为了保证模型的精确性，本次建模考虑ＢＵＣＫ变换器中主要
元器件的寄生参数，主要包括：滤波电容的寄生电阻Ｒ。，滤波电 感的寄生电阻及电路中线路电阻之和尺。，开关管导通压降Ｆ，以 及续流二极管导通压降Ｋ和等效电阻心，把这些参数全部考虑 进去后，变换器的等效电路如图３所示。ｓ１和ｓ２分别为理想开
ＢＵＣＫ平均值等效电路图
小信号建模的前提是低频，低纹波，小波动（波动幅值远远小 于稳态直流幅值），在这个前提下，由上述的等效电路，得出下列 等式关系，将稳态量和小信号量分离，同时由于假定为小信号波 动，故线性化时可将两个小信号的乘积忽略掉，这样剩下的就是 线性小信号模型，得到的传递函数如下： 图５加入前馈的电压负反馈的复合控制系统结构图
ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ
ｔｏ
ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｂａｎｌａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂｕｓ，ｔｈｅ ＤＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｓｕｂｊｅｃｔ
ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｍａｌｌ—ｓｃａｌｅ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ
ｄ＝△（瓮）＝瓦１圹孤Ｕｂ‰＝瓦１（圹舭ｉｎ）
由此可以得出ｕ．。加到控制系统的中间环节为口Ｄ，从Ｈ。到占空比 ｄ之间的中问环节为１／ａＵ。加入电压前馈后的小信号模型结 构如图３所示。
由图５可知，若令Ｇ。。（ｓ）一等Ｇ。。（ｓ）＝０，此时母线电压波
动对输出电压没有影响，即实现对母线电压扰动的全补偿。
图４
收稿日期：２０１２—０５—１０
图１直流微网结构图 定范围内，母线电压波动不超过额定值±５％的能力旧ｏ。控制 直流微网中的母线电压稳定，就可以控制微网稳定运行，如果发 生母线电压失稳，很可能会导致保护动作或甩负荷，甚至还会影 响大电网的正常运行。””。现有多种方法可以保证母线电压的 稳定，例如每一个微电源并人直流母线时都要对其输出电压的稳 定性进行控制，使其达到一定标准，直流微网中的蓄电池也起到 维持直流母线电压的稳定作用，也可以在母线输出侧添加一个电 压平衡器来优化输出的母线电压，或者并接一个大的输出电容以 改善母线电压的质量，但是即便对直流母线电压采取了各种保护 措施来维持其稳定性，当挂载在母线电压上的设备或微电源投入 或切除时，直流母线电压还是会有小范围的波动和突变，本文的 研究目的就是在直流母线电压波动和小的突变情况下来维持挂
ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ
ｂｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｄ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
ｏｎ
ＤＣ ｌｏａｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ ｍｉｃｒｏ ｇｒｉｄ；ＤＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｌａｗ；ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ；ＤＣ－ＤＣ
０
引
言
微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关 负荷、监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够 实现自我控制、自我保护和自我管理的自治系统，既可以与外部 电网并网运行，也可以独立运行。以直流方式传输的就叫直流微 网，以交流方式传输的就叫交流微网。与传统交流微网相比，直 流微网拥有显著优点：（１）直流微网中自身多种微型电源与直 流母线的连接方式更为简便，不必考虑交流微网中输出电压的频 率和相位等问题。（２）对直流微网的控制只决定于直流母线电 压，对交流微网的控制更大程度上取决于电网电流，因此直流微 网更容易实现各微电源间的协同控制。（３）当大电网发生故障 时，直流微网能快速地与大电网分离，并能够通过自身的能量源 维持本系统正常运行。（４）分布在负载侧的变流装置可以保证 很高的供电可靠性和电能质量。（５）发电功率和负荷功率的调 整变化在直流微网中可以作为一个整体进行协同管理和补偿”。。 在直流微网中，系统中由于不用考虑无功功率的流动，电压 就成为反映系统功率平衡的唯一指标。直流微网的电压稳定可 以定义为：当系统受到外界于扰时，要将直流母线电压保持在一
电力系统及其自动化
Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏ——ｎ
！皇墨皇兰兰竺！！兰竺兰兰兰！竺
直流微网中母线电压对直流负载影响
张国荣，王新兵。乔龙洋 （教育部光伏系统工程研究中心，合肥工业大学能源研究所。安徽合肥２３０００９） 摘要：在直流微网中，由于没有无功功率的流动，电压成为反映系统功率平衡的唯一指标，当设备投入和从母线上切除时，直流母线 电压会有波动和小范围的突变，母线电压的变化会对直流负载有很大的影响，为了使此时挂接在直流微网上的直流设备仍能 正常工作，必须尽量消除直流母线电压的扰动对直流负载输出端的影响。采用能量守恒法建立ＤＣ／ＤＣ的小信号模型，用前馈 加反馈的控制策略来消除直流母线电压波动对输出负载的影响。通过仿真对控制策略进行了模拟，并通过实验近似对理论进 行了验证。实验结果表明控制方法可以近似消除母线电压对直流负载的影响。 关键词：直流微网；直流母线电压；能量守恒法；前馈；直流变换器 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ・ｉｓｓｎ．１０００—３８８６．２０１３．０２．０２２ ［中图分类号］ＴＭ６４ ［文献标志码］Ａ［文章编号］１０００—３８８６（２０１３）０２—００６５—０３ ｏｎ
ｃａｎ
ＤＣ ｌｏａｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
ｂｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｃａｎ
万方数据
！皇墨皇翌兰！！！！！竺竺兰兰竺！塑
接在直流母线上的直流负载输出电压的稳定性卜“。 １
电力系统及其自动化
Ｐ——ｏ—ｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
（此时２（。）：ｏ）
ＢＵＣＫ降压型ＤＣ—ＤＣ变换器小信号模型的
假定挂
建立
接在母线上亘 的直流负载 为５欧姆的 电阻，母线 与负载通过
图２
３系统仿真结果
ＢＵＣＫ降压型ＤＣ—ＤＣ变换器直流母线电压Ｕ，。＝１８０ Ｖ（这 里为了模拟直流母线电压的波动，采用三相整流桥输出的直流电 压作为母线电压），Ｆ＝２ Ｖ，Ｋ＝０．３５５
０８ Ｑ，Ｌ＝Ｉ ＝１００ Ｖ，Ｒｄ＝０．００６ Ｑ，Ｒ。＝０．
Ｇ。。（ｓ）＝掣＝
＾／、
ＩＸ。。（Ｓ）
Ｄ（１＋Ｒ，Ｄ）
１．２按能量守恒法对ＢＵＣＫ电路进行小信号建模
图４所示的等效电路。（１一Ｄ）Ｋ为续流二极管导通时等效 压降Ｋ按能量守恒定律折算到电感支路上的对应压降，ＤＫ为开 关管导通时等效压降Ｆ按能量守恒定律折算到电感支路上的对 应压降，（１一Ｄ）死为续流二极管导通时等效电阻峨按能量守恒 定律折算到电感支路上的对应电阻’１…。
ｏｎ
ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｔｔａｃｈｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＤＣ ｂｕｓ ｗｏｒｋ ｎｏｒｍａｌｌｙ，Ｗｅ ｍｕｓｔ ｔｒｙ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ＤＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
Ｇ小）：掣：
ｄ（ｓ）
Ｕ。。（１＋Ｒ。Ｃｓ）
１＋等）ＬＥ＋（％ｃ＋ＲｃＣ＋百Ｌ＋ＲＦ尺ＲｃＣ，Ｉｓ＋鲁＋・
（此时ｕ．。（ｓ）＝０）（注：Ｒ。＝Ｒ￡＋（１一Ｄ）尺ｄ） ＢＵＣＫ型直流负载主电路图
２控制策略原理
采用输入电压前馈加反馈的控制策略来抑制输入电压扰动 对直流负载的影响。电压前馈就是在电路中把输入电压通过一 个中间环节引入到控制系统中，消除输入电压的波动对输出负载 的影响以改善系统性能。传统的电压模式控制中，占空比是通过 反馈环节固定的锯齿波与给定电压比较产生的，输入电压前馈的 控制方式是将锯齿波的产生与输入电压线性相关（即使锯齿波 的峰值电压与输入电压成比例关系）。“。１…。有下式：