智能電網教育部重點實驗室(天津大學)、國網浙江省電力公司電力科學研究院、華南理工大學廣東省綠色能源技術重點實驗室的研究人員李霞林、張雪松、郭力等，在2018年第4期《電工技術學報》上撰文，針對應用電壓平衡器來解決雙極性直流微電網正、負極對中線電壓的平衡控制問題，提出一種基于下垂控制和干擾觀測器相結合的多電壓平衡器并聯運行與協調控制方法。

應用干擾觀測器，能在不需要增加額外電流傳感器的情況下，利用本地測量信息即可實現對電壓平衡器輸出電流的快速跟蹤;采用基于干擾觀測器輸出結果的外環直流電壓下垂控制和內環輸出電流前饋控制，不僅能實現在無互聯通信情況下的多電壓平衡器并聯運行和即插即用，還能有效提高直流電壓平衡控制系統的動態響應，抑制雙極性直流微電網內負荷突變、間隙性分布式電源出力波動等暫態對直流母線正、負極對中線電壓的沖擊。

最后，在包含直流模擬電源、兩臺電壓平衡器以及相應阻性負荷、恒功率負載等構成的雙極性直流微電網實驗平臺中驗證了所提方法的有效性。

相比交流微電網供電，直流微電網可以使用更少的功率變換裝置，且不存在無功環流、同步等問題，并可通過雙向DC-AC變流器與交流電網(或交流微電網)相互支撐[1-6]，正受到國內外工業界和學術界的廣泛關注。

根據配用電形式和供電母線數量，直流微電網通常有單極性和雙極性兩種供電形勢。相比單極性結構，雙極性三線制(正、負極母線以及中線)直流微電網結構含兩個電壓等級，可有效提高直流供電系統利用率和適應不同電壓等級分布式電源、儲能系統及負荷接入[7,8]。直流微電網雙極性三線制供電結構主要三種，如圖1所示。

圖1 直流微電網雙極性三線制供電結構

圖1a采用兩個變流器輸入并聯、輸出串聯的級聯形式(DC-AC和DC-DC分別對應交流電網和直流型儲能單元接入直流微電網接口)[8]。其優勢是直流系統內部形成兩個獨立供電回路，可提高輸電系統可靠性，目前廣泛應用于高壓直流輸電系統中;缺點是需要兩套變流裝置，成本較高。

圖1b采用具有中點電位平衡功能的三電平中點鉗位式DC-AC變流器[9,10]或三電平Buck-Boost雙向變換器[11]構成直流微電網三線制結構。這類結構優勢是系統集成化程度較高，但相比常規變流器，同時也會增加功率管數量和控制系統復雜程度(需要集成直流母線電壓控制和中點電壓平衡功能);此外若DC-AC或DC-DC出現故障，直流微電網將同時失去直流母線電壓控制和中點電壓平衡功能，在一定程度上會降低控制系統可靠性。

圖1c為常規DC-AC或DC-DC變流器+電壓平衡器結構[12-16]，直流正負極母線電壓控制(由DC-AC或DC-DC控制)和中點電壓平衡控制(由電壓平衡器來控制)兩者完全解耦，相比與圖1b所示結構，從裝置和控制功能上均使得雙極性直流微電網的設計更加靈活，運行可靠性更高，可擴展性更強。

關于電壓平衡器在雙極性直流微電網中的應用，文獻[12]提出在直流微電網中應用常規Buck/ Boost型電壓平衡器，實現雙極性直流母線配電。文獻[13]提出了雙Buck/Boost型電壓平衡器，主要用于解決常規Buck/Boost型電壓平衡器上、下橋臂開關管直通的問題。在更高電壓等級和更大容量直流微電網、電動汽車快速充電中等應用場合，為了降低功率器件電壓應力，三電平或多電平技術[14,15]獲得了廣泛應用。

文獻[16]研究了面向雙極性直流微電網的電壓平衡器拓撲，指出電壓平衡器本質為輸入、輸出極性相反的雙向直流變換器，并在此基礎上提出了多種新型電壓平衡器等拓撲結構。由于簡單易行，電壓/電流雙閉環控制結構在常規Buck/ Boost型電壓平衡器的控制中獲得了廣泛應用[12]。本文也重點研究雙極性直流微電網中常規Buck/ Boost型電壓平衡器的控制。

雙極性直流微電網正常運行時，若其正負極功率偏差較大，為實現正負極電壓對稱，電壓平衡器容量也要相應增大。當系統中含多個電壓平衡器并聯運行時，即使其中某個電壓平衡器出現故障，在非極端工況下其余正常運行電壓平衡器仍可實現雙極性直流微電網中正、負極母線電壓平衡功能，相比單個電壓平衡器配置可有效提高雙極性直流微電網的供電可靠性。此外，若考慮直流線路等因素，多個分布式電壓平衡器可靈活配置在關鍵負荷節點處，保證重要負荷的供電電能質量。

目前鮮有文獻涉及多電壓平衡器在雙極性直流微電網中的應用與協調控制。針對該問題，本文首先分析基于集中控制的多電壓平衡器協調控制側策略，指出集中控制無法實現多電壓平衡器即插即用，且會降低控制系統可靠性;進而提出一種基于下垂控制和干擾觀測器相結合的多電壓平衡器并聯運行與協調控制方法，并對此進行了詳細的理論分析和實驗驗證。

圖2 含多電壓平衡器的雙極性直流微電網

圖3 雙極性直流微電網實驗系統

結論

本文探討了雙極性直流微電網多電壓平衡器協調控制策略，提出一種基于下垂控制和干擾觀測器相結合的多電壓平衡器協調控制方法。理論分析和實驗驗證表明，該方法不僅能有效提高電壓平衡控制系統的動態響應和抗擾能力，還可使多電壓平衡器具備即插即用的能力。

但本文研究還存在如下不足：①由于下垂特性的存在，正、負極電壓將存在一定偏差，且如果還考慮到直流電壓測量誤差、直流線路等因素，多電壓平衡器電流分配效果將受到影響;②電壓平衡器的引入在電氣回路上增加了LC環節，容易引起直流系統諧振;③電壓平衡器的控制系統可能會和正、負極間直流電壓控制系統相互影響。

以上均是多電壓平衡器在雙極性直流微電網中實際應用時需要重點關注的問題，可作為后續研究的重點。