使用开关电容单元混合型直流和变换器实现微电网的双向潮流控制说明

　　本文研究了一种双向混合式直流-直流变换器，适用于包括微电网在内的各种应用中的两条直流电压母线之间的接口。开关电容器单元集成在变换器拓扑中，在不使用变压器的情况下具有高电压转换比的优点。本文通过状态空间平均法和等效电路模型上的脉宽调制开关模型法，分析了变换器的运行情况和升压和降压运行模式的稳定性。该变换器采用基于波特图的频域电流控制器，采用K系数法。通过一个平均值和一个详细的开关模型得到的仿真结果表明，控制器能够很好地跟踪参考电流波形，具有良好的动态性能。从2千瓦变频器样机上获得的实验结果证实了理论考虑和仿真结果。

　　微电网、可再生能源系统、汽车和其他应用通常需要双向DC-DC变换器，以确保各种储能元件之间的电力流动。因此，在储能装置和直流母线之间放置不同电压等级的双向DC-DC变换器，近年来成为重要的研究课题。

　　在许多情况下，双向转换器必须在输入和输出之间提供高电压比。如果使用超级电容器作为存储元件，则需要高电压比，以允许跨终端的电压变化较大，从而充分利用储能容量。

　　在直流微电网中，直流-直流双向变换器在控制内部直流母线电压和维持系统功率平衡方面发挥着重要作用。对于混合储能系统，其中电池和超级电容器都用作储能装置，两个或两个包括更多具有协调控制的双向转换器。

　　目前，人们对插电式混合动力电动汽车（PHEV）的兴趣迫使人们研究包括可再生能源在内的能源系统的新充电策略。在这种情况下，直流配电总线很容易实现，以集成这种电源。此外，在这种结构中使用双向DC-DC转换器，PHEV电池中存储的能量可以通过所谓的V2G操作反馈回电网。

　　双向DC-DC变换器对电流隔离的要求是一个很高的限制。在需要电流隔离和高电压转换比的应用中，可以使用反激或正向变换器。这些简单的转换器的主要缺点是由于漏感，需要额外的电路，增加了复杂性。

　　如果不需要电隔离，传统的双向降压升压变换器（包括半桥）通常用于需要双向功率流的应用中。其它标准的双向变换器也可用于储能系统中，每一个都具有与直流增益、元件计数和电压应力有关的优缺点，通过插入额外的电容器和开关，传统的降压变换器可以改进为THR。EE级拓扑四级或多级拓扑，用于更宽的操作范围，具有更大的增益。多电平变换器的主要缺点是电压电容平衡。其他已知的转换器结构，如zeta转换器，也可以修改为双向拓扑。

　　其他具有高升压/降压电压比的无变压器DC-DC变换器是所谓的混合变换器，通过将开关电容或开关电感结构插入降压、升压和其他简单变换器而获得。结果表明，在升压变换器的输出端，耦合电感和开关电容单元的组合也能取得良好的效果。具有多个开关电容单元的拓扑结构提供双向操作是可行的。单端初级电感变换器（SEPIC）结构还可以从双向结构的开关电容单元中获益。