论文摘要
电力系统的发展趋势是电力系统区域联网和提高电力系统的稳定性。微电网能以非集中程度更高的方式协调分布式电源,减轻电网控制的负担并完全发挥分布式电源的优势,将额定功率为几十千瓦的微电源、负荷、储能装置及控制装置等结合,形成一个单一可控的单元,增强供电可靠性并提高系统的稳定性。故微电网是电力系统发展趋势之一。在微电网系统能量转换过程中,起极其关键作用的是电力电子设备,直流变换器也是其中的一种。具有双向功率流动功能的直流变换器在微电网并网运行时可对蓄电池进行充电,一旦孤网运行,该变换器可将蓄电池储存的电能输送至负荷,满足电网应急供电。在上述背景下,本文设计了一套适用于微电网直流母线与储能系统间的双向直流变换器。本文对微电网的运行方式、控制方法,微电源及储能设备的控制方法,微电网的稳定性控制、电能质量优化控制、经济运行优化控制分别进行了阐述。指出双向直流变换器是连接微电网直流母线与储能电池的关键设备,因而研究双向直流变换器的电路拓扑和工作原理有着非常重要的意义。应用小信号分析法建立了双向直流变换在Buck模式和Boost模式下的小信号模型。根据小信号模型,按照控制原理设计了电压型闭环控制系统,利用小信号分析法,得出系统的开环传递函数,在Matlab中画出Bode图以及奈奎斯特曲线,得出系统闭环稳定的结论。使用改进脉冲宽度调制PWM的控制方法,设计可变频的双向直流变换器。采用连续可变斜率积分器的增量调制法,通过改变脉冲序列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比实现调压,输出脉冲宽度的变化可以快速地跟随输出电压的反馈值得到相应的脉冲波形。设计控制系统的各个子电路,包括电压采集电路、电流采集电路、电压调节电路、脉冲调制电路、驱动电路以及控制信号传输电路。其中,电压电流采集电路采用最简单的串并联电阻的方法实现电压和电流的检测；电压调节电路采用PI控制环节；脉冲调制电路由误差放大器、迟滞比较器和积分器共同组成,不但可方便地改变其输出电压或使其输出电压稳定,还可以根据负载情况选择合适的工作频率；驱动电路采用光耦合器隔离的MOSFET驱动电路；控制信号传输电路以一个四通道模拟开关为核心,控制着传输功率的方向。在Multisim中搭建了一套1kW的双向直流变换器,完成了主电路元件和控制系统元件的选型和参数选择,仿真结果验证了该方法控制双向变换器的可行性,且具有良好的动态特性和静态特性,同时还具有工作频率可变及快速响应等特性。