摘 要 在微電網的儲能系統中，超級電容在放電時兩端電壓下降很快。在直流母線電壓穩定條件下，我們需要提高 DC/DC變換器的變壓比。為滿足微電網的實際需要，并避免開關器件工作在占空比接近 0或 1的狀態，我們設計出級聯雙向直流變換器。本文給出了n級級聯雙向DC/DC變換器的模型和控制方法。仿真結果驗證了設計的可行性。

　　關鍵詞：微電網;級聯;雙向;DC/DC 超級電容

　　1 引言

　　隨著可再生能源逐漸并網，風能和太陽能的波動性對電網穩定性的影響也越來越明顯。為解決電網不穩定的問題，微電網系統不斷發展，儲能系統必不可少[1]。微電網的結構示意圖如圖一所示。微電網儲能系統中有兩種主要儲能元件，蓄電池和超級電容。這兩種元件都既能從直流母線吸收能量，也能向直流母線送出能量。但兩者不同的是，蓄電池送出能量時電壓可以保持相對穩定，而超級電容的電壓降落明顯。因此，超級電容和直流母線之間的變換器需要提供較高的變壓比。

　　對于傳統的升壓(或降壓)直流變換器，高的變壓比是通過提高(或降低)來實現的。然而，接近于1或者0的占空比會帶來實際問題。不僅開關器件的打開和關斷時間限制了占空比的變化范圍，同時，過高或者過低的占空比還會增大器件的能耗[2,3,4]。

　　為了開關器件工作在適當的占空比情況下獲得較大的變壓比，我們使用多變換器級聯的方式[5,6]。拓撲結構如圖2所示。這個電路同時實現能量的雙向傳遞。

　　為蓄電池動態響應較差的補充，在此希望超級電容與微電網的能量交換動態響應足夠好，即高壓側電流環比例參數須適當大于低壓側。

　　4.仿真結果驗證

　　下面以兩級DC/DC變換器為例給出仿真結果。

　　4.1 降壓模式的仿真

　　在降壓模式的仿真中，直流母線用電壓源來模擬。為測試變換器的性能，L1電流參考值從3A階躍到5A。電容C2 兩端電壓參考值是80V。電路圖如圖6所示。其他參數如下。

　　電感L1 中電流可以很快跟隨參考值的變化，如圖7(a)所示。電容C2 兩端電壓只有微小波動，如圖7(b)所示。更重要的是，兩級變壓比基本不變，如圖7(c)(d)所示。

　　5.結論

　　本文提出雙向級聯DC/DC變換器拓撲圖，并給出降壓模式和升壓模式的模型。通過控制各個電容兩端電壓，保證各個開關器件工作在合適的占空比，并且整個電路獲得較大的放大倍數，使超級電容在系統中發揮了更好的效果。