基于状态空间平均法的直流微电网络仿真

茅晓亮　黄建勇

摘要：微电网技术是现代电网技术发展的新方向，它的出现为解决现代大电网的很多问题带来了巨大的便利和契机，同时还为各种分布式电源的利用和开发提供了新的思路。作为微电网技术的分支，直流微电网技术以其独特的优势逐渐走入人们的视野。它具有高稳定性、控制方法简单、便于电源接入以及易于实现等优点，被很多需要高供电可靠性的用电场合所采用。该文针对其中的多种分布式电源进行了建模。该课题中的直流微电网控制主要以稳定电压水平为目标，集中讨论了在直流微电网中各主要分布式电源及其主电路的电压控制方法。在光伏系统中，控制主电路Boost电路，用于提高光伏电池板的输出电压。蓄电池的控制电路采用双向的直流变换器。在燃料电池中，控制电路采用的也是Boost电路，作用于光伏系统中一致。在以上三种电路中，该文均采用PI调节控制输出端电压的稳定性，最后得到稳定的输出电压42V。

关键词：直流微电网；光伏电池板；铅酸蓄电池；燃料电池；DC/DC变换器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）18-0223-03

1概述

微电网技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。国家能源局近期连续出台《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》、《配电网建设改造行动计划（2015—2020年）的通知》等文件，指出应积极发展新能源，大幅提升配电网接纳新能源、分布式电源及多元负荷的能力，加快推进新能源微电网示范工程建设，探索适应新能源发展的微电网技术及运营管理体制。

2理论模型

2.1光伏发电

通过将多个光伏电池并联和串联可以得到光伏阵列。通过光伏电路模型连接可以提高输出电压的DC/DC变换器和为了稳定输出而设置的反馈控制电路，最后添加负载，在PSIM仿真软件中画出光伏系统的仿真电路图。

2.2铅酸蓄电池

电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。在放电状态下，正极的主要成分是两氧化铅，负极的主要成分是铅。在荷电状态下，正极和负极的主要成分是硫酸铅。分为蓄电池和免维护铅酸蓄电池。

电池主要由管状正极板、负极板、电解液、隔板、电池、电池盖、极柱、注液罩等组成。废气电池的电极由铅和铅的氧化物组成，电解液是硫酸的水溶液。其主要优点是电压稳定，成本低。缺点是电池可以以较低的速率储存（即每公斤电池储存的能量），使用寿命短，日常维护频繁。旧普通电池的平均寿命为2年左右，电解液的高度必须定期检查，并加蒸馏水。然而，随着技术的发展，铅酸蓄电池变得更长，更容易维护。

2.3燃料电池

燃料电池的原理是一种电化学装置，其组成与常规电池相同。单个电池由两个正负电极（负极、燃料电极和阳极、氧化剂电极）和电解液组成。不同的是，平均电池的活性物质存储在电池内，从而限制电池容量。燃料电池的正负电极本身不含活性物质，只是催化转化器。这是一个真正的燃料電池，将化学能转换为电能转换机。当电池处于工作状态时，燃料和氧化剂被外部供应。原则上，只要反应物连续供给，反应产物被排除，燃料电池就可以连续发电。以氢氧燃料电池为例，说明燃料电池中氢氧燃料电池的反应原理。这个反应是电解水的逆过程。

电极应为：负极：H2+20H-→2H20+2e-

正极：1/202 H2O 2e-→2OH-

电池反应：H2 1/202==H20

3直流升压斩波器的状态空间平均法

3.1状态变量的平均

由于开关器件的作用，变换器电路呈现若干个状态；如果电路每个状态都可以用状态方程来描述，那么通过时间加权，可以得到平局化的系统方程；图中Ai，Bi，Ci分别为状态空间方程的系数矩阵；平均周期被分为m个区间。endprint