你将学习:
- 什么是直流微电网?
- 不同的电力电子变换器结构用于微电网。
微电网本质上是一个由负荷和本地发电(分布式发电)以及储能系统组成的网络。
要增加太阳能、风能、水和各种形式的生物质等可再生能源的使用，最有效的方法是在拥有相当多能源消费人口的智慧城市、村庄、乡镇等使用可再生能源系统。
本文将重点讨论用于直流微电网的高功率密度直流-直流变换器架构。直流微电网采用的各种能源都需要储能系统来稳定电网系统。图1图中显示了单个光伏(PV)发电机，带有两个电池储能系统(BESSs)和一个直流负载。分布式储能单元(DESUs)是一种具有双向充电和放电能力的分布式储能单元。在损坏情况下，多bess架构的可靠性和冗余性是首选。
直流微电网以其高可靠性、低损耗、可分配校园负荷所需的直流电力而成为近年来的一个重要研究课题。在直流微电网系统中发电可以是交流或直流;然而，在大多数情况下，交流电源被转换成直流配电。与交流系统相比，直流微电网的一个关键优势是使用单向潮流。在这些直流系统中，功率控制很容易被潮流方向所控制。
让我们来看看一些用于直流微电网的电力电子变换器(PEC)架构。1
单相，非隔离，双向DC-DC转换器
我们的第一个选择是双向dc-dc转换器，它能够接口BESSs与直流总线。我们将检查非隔离的双向dc-dc转换器，当不需要电隔离和高升压或降压时使用，例如在隔离转换器中。这种情况下的选择是buck-boost(半桥式)，它将使电力流入和流出BESS。双向半桥结构是直流微电网中最常用的结构形式。
的表格对单相双向非隔离变换器进行了比较研究。总结的结果，在放电操作下，是四种类型的变换器:buck-boost半桥，级联buck-boost，带抽头电感的buck-boost和SEPIC。
综上所述，与传统的半桥变换器相比，双向级联buck-boost (CBB)变换器具有更高的放电电流。它也有四个象限，而半桥只有两个象限。这认为CBB是一种更适合于高功率应用的电力解决方案，以及需要根据负载需求在分布式用户之间进行能量共享的应用。
在所有类型的dc-dc变换器中，双向CBB变换器由于其电压低、电流应力小，通常效率最高。它是连接直流电源和储能元件以及管理潮流的关键。这些特性导致高功率密度。
双有源桥(DAB) DC-DC转换器
DAB变换器在直流电网设计中得到了广泛的应用。2该体系结构具有功率密度高、电气隔离、双向能量流和简单的软开关控制等优点。该体系结构作为ESS和直流母线之间的电力电子接口，以及能源组件和直流母线之间的双向电力流动。
DAB转换器通过直流-交流和交直流两级结构实现高频电能的转换。DAB转换器拓扑结构如图所示图2．
该拓扑由电压比为1:n的高频变压器T、电感Lb)，以及在变压器的一次和二次侧的有源全桥。一次侧全桥通过LC滤波器与蓄电池连接，二次侧与直流母线连接。DAB转换器的功率通过电感器L传输b在图2．
现在我们来看看a的控制策略虚拟直流电机（VDCM）对于变换器接口，可以抑制直流母线电压骤降，提高电能质量。当新能源突然变化时，会引起大型电网的负荷切换和扰动。直流电压骤降是由直流微电网中微源功率的突然变化、负载切换和交流电网扰动引起的。
在DAB变换器中应用VDCM控制可以改变ESS的外部特性，使其具有直流电机的惯性特性。与传统的下垂控制方法相比，使用直流电机可以大大改善下垂(图3)．
前端口U1和我1连接电池的直流输出端，后端U2和我2连接到公共直流母线:
的方程,H表示直流电机的惯性时间常数，ξ为阻尼系数，ω和ω0直流电机的机械角速度和额定值分别是，和T米和Te分别是机械扭矩和电磁扭矩。
交流接口采用虚拟同步发电机(VSG)控制来模拟同步电机的特性，直流接口采用VDCM控制来模拟直流电机的特性。这有效地增强了能量路由器的惯性和阻尼。
综上所述，我们已经研究了直流电压骤降的问题，这是由直流微电网中微源功率、负载开关和交流电网扰动的快速变化引起的。本文提出用VDCM来模拟直流电机的惯性特性。我们使用DAB dc-dc转换器作为应用场景。该变换器具有电气隔离、功率密度高、能量双向流动、易实现软开关控制等优点。仿真结果表明，VDCM能够有效抑制电压波动，降低电压跌落幅度，提高电压质量。用这种方法可以实现高功率密度。
直流微电网中电池应用的双向三端口DC-DC变换器
三有源桥(TAB)变换器具有隔电隔离、双向功率传输、元器件数量少等优点。3.
传统的TAB转换器需要功率解耦控制，以消除端口之间的功率相关性，这增加了系统设计的复杂性。而且，即使不使用，也会在ESS端口中引入循环电流，降低总功率转换效率。
解决这些问题的方法是采用隔离的双向三端口dc-dc变换器，其功率密度高，不需要功率解耦控制，ESS端口的循环电流小(图4)．
所以，综上所述，双向三端口dc-dc以上讨论的变频器具有以下优点:
- 高功率密度和低成本，因为它比传统的TAB转换器少一个电感。
- 当不使用时，储能端口的循环电流更小。
- 与传统的TAB转换器相比，控制简单，需要更多的电感和额外的解耦控制算法。
结论
直流微电网是一种极好的直流互联系统输出电源和提供高质量的电源直流微电网使用许多不同类型的能源。这些电源需要ESS来稳定电网系统。本文展示了使用不同的dc-dc变换器架构的一些优点，这些架构对提高直流微电网的高功率密度有显著的贡献。
参考文献
1.“单相非隔离双向dc-dc变换器在直流微电网中储能应用的比较研究，”Polycarp Odo, 2020 IEEE。
2.“双主动桥式DC-DC变换器的虚拟直流电机控制策略，”郭宇，王建辉，王毅，王晨，2019 IEEE PES创新智能电网技术。
3“高功率密度双向三端口DC-DC变换器在直流微电网中的应用”，沈juyoung，李俊英，崔贤俊，郑志勋。
