線性狀態反饋的直流微電網穩定方法分析

程龍

摘 要：存在于直流微電網之中的電力電子變換器眾多，受到閉環控制的影響，會有恒功率負載特性出現在這些變換器中，極容易引發直流微電網不穩定的問題。而文章主要是圍繞線性狀態反饋狀態下的直流微電網穩定的相關方式方法進行分析，以便能夠使整個的直流微電網的運行獲得保障。

關鍵詞：線性狀態反饋；直流微電網；穩定方法

一、分析系統模型與其相關的穩定性

有眾多的電力電子變換器包含在直接微電網的結構之中。源側的DC/DC或者AC/DC的變換器是同直接微電網相連接的，其主要維持整個微電網母線的電壓。當負荷點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，其負載相對于直流微電網或者負荷點變換器來講，是恒功率負載。但是在一般的氣候情況下，為了充分的對可再生能源進行利用，就需要將風電以及光伏等分布式的電源設置在最大功率點的位置，設置的跟蹤模式應當是MPPT，處于這個時段的風電、光伏以及變換器能夠被看作是恒功率電源。

二、穩定直流微電網的辦法分析

文章主要以Buck 這一變換器作為實際案例進行分析，并從線性狀態的角度對直流微電網穩定的相關方法進行闡述。從上述的指引中，在開環控制狀態下，VC是作為調制的指令信號而存在的；在閉環控制下，則是作為閉PI這一控制器重要的輸出信號而存在的。對于作為三角載波信號幅值的VTr，我們為了分析簡便，首先會假設VTr等于一，即d等于VC。另外，來自恒功率負載主要的影響體現在一條反饋支路上，其不僅將負增量阻抗帶給了微電網，而且還造成了有不穩定的電網情況在直流微電網中存在。

為了將恒功率負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之中。分別有一個微分器以及數乘器包括在線性反饋支路之中，所引入的反饋支路并不會使系統原有的穩定平衡點發生改變，即UC和IL。經過合理性的選擇反饋系數K，能夠將恒功率負載所帶來的負增量阻抗的不良因素消除掉，從而使整個系統的穩定性不斷提高。

由此我們可以得知，在將線性反饋支路引入到系統中后，當所反饋的系數已經足夠龐大時，反饋支路就能夠將恒功率負載的負增量阻抗的的相關特性抵消掉，此時的系統阻尼不僅會逐步增大，而且系統自身的穩定性也能夠獲得保障。

三、應用狀況分析

雖然存在于非線性反饋之路之中的微分器能夠將系統整個的穩定性提高，但是與之相伴隨的是噪聲的放大，并且會有很多的高次諧波在電力電子變換器之中出現，因而我們在日常的工作中很少會直接采用到微分這一環節，更多是在微分環節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，明顯可以看出其數值應當是比Buck這一變換器所顯示的開關頻率要小。為了對ωr以及K的取值范圍進行分析，從而使系統的穩定性獲得保證，就需要按照下述的方程對相關的小信號穩定性能進行分析。

四、關于仿真性實驗分析

為了對前述方法的有效性進行驗證，文章專門對變換器所維持的微電網母線的電壓情形進行了分析，在Simulink或者MATLAB辦法的采用下，將直流微電網相關的仿真實驗模型搭建了出來

源側變換器其所表現出的線性狀態的反饋控制是將Buck 作為變換器，此時E等于四百伏，Vc等于零點五，L等于八毫亨，C等于零點五毫法，Uc等于兩百伏。當源側變換器是作為恒功率控制存在時，其最終所輸出的功率為五百瓦。那么當恒功率負載最終的功率是兩千五百瓦時，其系統等效恒功率負載則為Pcpl等于兩千瓦；此時阻性負載電阻值應當是R等于四十歐。儲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的頻率在十千赫茲，該仿真實驗最終的結果

若沒有將反饋控制支路加入到系統當中，通過相關的公式計算，能夠計算出系統特征值是25±j499.375；直流微電網母線的電壓同變換器電感電流之間的波形，正是因為特征值實部是比零大的，因而電感電流同直流母線電壓之間的發散能夠使電感電流直接下降到零的位置，此時直流母線的電壓便會位置在大幅度振蕩狀態下；反之，當在系統中將低通濾波器以及線性反饋支路加入時，從驗證中得知其ωr的取值范圍是ωr>50rad/s，在這個區間內，當ωr等于每秒一千二百轉時，K等于一點五乘以十的負五次方。經過演算得知其特征值實部是比零要小的，因而能夠判定系統的穩定性。

五、總結

綜上所述，直流微電網之中所存在的恒功率負載極有可能引發直流微電網的母線電壓不夠穩定的情況，而文章主要是通過線性狀態反饋支路的引入，將恒功率負責所造成的各種不良影響抵消了，從而使系統穩定的運行獲得了保障。

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