線性狀態(tài)反饋的直流微電網(wǎng)穩(wěn)定方法分析

程龍

摘 要：存在于直流微電網(wǎng)之中的電力電子變換器眾多，受到閉環(huán)控制的影響，會(huì)有恒功率負(fù)載特性出現(xiàn)在這些變換器中，極容易引發(fā)直流微電網(wǎng)不穩(wěn)定的問題。而文章主要是圍繞線性狀態(tài)反饋狀態(tài)下的直流微電網(wǎng)穩(wěn)定的相關(guān)方式方法進(jìn)行分析，以便能夠使整個(gè)的直流微電網(wǎng)的運(yùn)行獲得保障。

關(guān)鍵詞：線性狀態(tài)反饋；直流微電網(wǎng)；穩(wěn)定方法

一、分析系統(tǒng)模型與其相關(guān)的穩(wěn)定性

有眾多的電力電子變換器包含在直接微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)之中。源側(cè)的DC/DC或者AC/DC的變換器是同直接微電網(wǎng)相連接的，其主要維持整個(gè)微電網(wǎng)母線的電壓。當(dāng)負(fù)荷點(diǎn)的變化器是在恒壓模式下工作，并且具備良好的控制性能時(shí)，其負(fù)載相對(duì)于直流微電網(wǎng)或者負(fù)荷點(diǎn)變換器來講，是恒功率負(fù)載。但是在一般的氣候情況下，為了充分的對(duì)可再生能源進(jìn)行利用，就需要將風(fēng)電以及光伏等分布式的電源設(shè)置在最大功率點(diǎn)的位置，設(shè)置的跟蹤模式應(yīng)當(dāng)是MPPT，處于這個(gè)時(shí)段的風(fēng)電、光伏以及變換器能夠被看作是恒功率電源。

二、穩(wěn)定直流微電網(wǎng)的辦法分析

文章主要以Buck 這一變換器作為實(shí)際案例進(jìn)行分析，并從線性狀態(tài)的角度對(duì)直流微電網(wǎng)穩(wěn)定的相關(guān)方法進(jìn)行闡述。從上述的指引中，在開環(huán)控制狀態(tài)下，VC是作為調(diào)制的指令信號(hào)而存在的；在閉環(huán)控制下，則是作為閉PI這一控制器重要的輸出信號(hào)而存在的。對(duì)于作為三角載波信號(hào)幅值的VTr，我們?yōu)榱朔治龊?jiǎn)便，首先會(huì)假設(shè)VTr等于一，即d等于VC。另外，來自恒功率負(fù)載主要的影響體現(xiàn)在一條反饋支路上，其不僅將負(fù)增量阻抗帶給了微電網(wǎng)，而且還造成了有不穩(wěn)定的電網(wǎng)情況在直流微電網(wǎng)中存在。

為了將恒功率負(fù)載所帶來的影響因素抵消，就需要將一條線性的反饋支路引入到系統(tǒng)之中。分別有一個(gè)微分器以及數(shù)乘器包括在線性反饋支路之中，所引入的反饋支路并不會(huì)使系統(tǒng)原有的穩(wěn)定平衡點(diǎn)發(fā)生改變，即UC和IL。經(jīng)過合理性的選擇反饋系數(shù)K，能夠?qū)⒑愎β守?fù)載所帶來的負(fù)增量阻抗的不良因素消除掉，從而使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不斷提高。

由此我們可以得知，在將線性反饋支路引入到系統(tǒng)中后，當(dāng)所反饋的系數(shù)已經(jīng)足夠龐大時(shí)，反饋支路就能夠?qū)⒑愎β守?fù)載的負(fù)增量阻抗的的相關(guān)特性抵消掉，此時(shí)的系統(tǒng)阻尼不僅會(huì)逐步增大，而且系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性也能夠獲得保障。

三、應(yīng)用狀況分析

雖然存在于非線性反饋之路之中的微分器能夠?qū)⑾到y(tǒng)整個(gè)的穩(wěn)定性提高，但是與之相伴隨的是噪聲的放大，并且會(huì)有很多的高次諧波在電力電子變換器之中出現(xiàn)，因而我們?cè)谌粘５墓ぷ髦泻苌贂?huì)直接采用到微分這一環(huán)節(jié)，更多是在微分環(huán)節(jié)之前將低通濾波器加入。

作為低通濾波器截止角頻率的是ωr，明顯可以看出其數(shù)值應(yīng)當(dāng)是比Buck這一變換器所顯示的開關(guān)頻率要小。為了對(duì)ωr以及K的取值范圍進(jìn)行分析，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性獲得保證，就需要按照下述的方程對(duì)相關(guān)的小信號(hào)穩(wěn)定性能進(jìn)行分析。

四、關(guān)于仿真性實(shí)驗(yàn)分析

為了對(duì)前述方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，文章專門對(duì)變換器所維持的微電網(wǎng)母線的電壓情形進(jìn)行了分析，在Simulink或者M(jìn)ATLAB辦法的采用下，將直流微電網(wǎng)相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛罱顺鰜?/p>

源側(cè)變換器其所表現(xiàn)出的線性狀態(tài)的反饋控制是將Buck 作為變換器，此時(shí)E等于四百伏，Vc等于零點(diǎn)五，L等于八毫亨，C等于零點(diǎn)五毫法，Uc等于兩百伏。當(dāng)源側(cè)變換器是作為恒功率控制存在時(shí)，其最終所輸出的功率為五百瓦。那么當(dāng)恒功率負(fù)載最終的功率是兩千五百瓦時(shí)，其系統(tǒng)等效恒功率負(fù)載則為Pcpl等于兩千瓦；此時(shí)阻性負(fù)載電阻值應(yīng)當(dāng)是R等于四十歐。儲(chǔ)能單位起所采用的橫流充放電控制，其最終放電的電流是三A，也就是說變換器開關(guān)的頻率在十千赫茲，該仿真實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果

若沒有將反饋控制支路加入到系統(tǒng)當(dāng)中，通過相關(guān)的公式計(jì)算，能夠計(jì)算出系統(tǒng)特征值是25±j499.375；直流微電網(wǎng)母線的電壓同變換器電感電流之間的波形，正是因?yàn)樘卣髦祵?shí)部是比零大的，因而電感電流同直流母線電壓之間的發(fā)散能夠使電感電流直接下降到零的位置，此時(shí)直流母線的電壓便會(huì)位置在大幅度振蕩狀態(tài)下；反之，當(dāng)在系統(tǒng)中將低通濾波器以及線性反饋支路加入時(shí)，從驗(yàn)證中得知其ωr的取值范圍是ωr>50rad/s，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，當(dāng)ωr等于每秒一千二百轉(zhuǎn)時(shí)，K等于一點(diǎn)五乘以十的負(fù)五次方。經(jīng)過演算得知其特征值實(shí)部是比零要小的，因而能夠判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

五、總結(jié)

綜上所述，直流微電網(wǎng)之中所存在的恒功率負(fù)載極有可能引發(fā)直流微電網(wǎng)的母線電壓不夠穩(wěn)定的情況，而文章主要是通過線性狀態(tài)反饋支路的引入，將恒功率負(fù)責(zé)所造成的各種不良影響抵消了，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行獲得了保障。

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