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孤岛运行微电网中DC―DC工作效率分析 　　摘 要 简要介绍了当前微电网中存在的突出问题，尤其是氢燃料电池的电气输出特性，针对燃料电池良好的应用前景和输出特性偏软的不足，分析论述了增加前级DC-DC变换器的必要性和重要性，然后以提高DC/DC变换器的效率为目标， 进行了损耗分析，并以Buck变换器为例进行了效率模型分析。最后，基于实验室现有条件对已建成的直流微网系统中DC-DC的工作效率进行了测试和分析。 　　关键词 燃料电池；变换器；损耗分析；效率 　　中图分类号TM46 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）137-0132-03 　　0引言 　　随着社会的发展和电力工业的改革，对可再生能源的有效利用和微电网的需求已日益显现。直流微电网作为一种新型的电网组织形式，符合可持续发展战略的需求。其中以光伏发电、风力发电、燃料电池发电、微型燃气轮机发电等方式为主的分布式发电（Distributed Generation，DG）方式凭借等优点得到广泛的关注和应用。微电网具有重要的社会和经济价值，主要体现在：可以提高可再生能源利用率，提高供电系统可靠性满足防灾减灾的要求，满足节能减排的要求等。微电网通过电力电子变换器将太阳能电池、风力发电机、燃料电池等分布式电源和储能装置以及负载连接到一起，微电网的运行状态与电力电子变换器的工作状态有着密切的 　　关系。 　　可见，PEMFC内部进行的是燃料和氧化剂在质子交换膜两侧分别完成半个反应的氧化还原反应。从化学反应本质来看，它是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能装置。 　　微电网的能量管理研究是电力电子技术领域的前沿课题，特别是对包含风能发电和光伏发电系统的直流微电网，解决好能量管理问题是实现系统稳定运行和最优运行的基础。当前国内外学者从微电网组网结构、分布式电源模型、电力电子变换器建模、多级代理系统、储能系统、运行保护等多个领域对直流微电网进行了大量研究和讨论。相关研究围绕微电网运行制约问题展开，最终为实现微电网的稳定高效运行服务。 　　1 微电网组成及优势 　　微电网的能量管理研究是电力电子技术领域的前沿课题，特别是对包含风能发电和光伏发电系统的直流微电网，解决好能量管理问题是实现系统稳定运行和最优运行的基础。当前国内外学者从微电网组网结构、分布式电源模型、电力电子变换器建模、多级代理系统、储能系统、运行保护等多个领域对直流微电网进行了大量研究和讨论。相关研究围绕微电网运行制约问题展开，最终为实现微电网的稳定高效运行服务。 　　直流微电网结构组成与优势： 　　微电网主要由分布式电源（DG）、储能装置、电负荷及热负荷构成，通过隔离装置可以与低压配电系统相连接，实现孤岛运行与并网运行模式下的平滑转换。从结构上可分为直流微电网（如图1所示）、交流微电网和混合微电网等多种形式。 　　当前微电网的主要形式是交流微电网，各种电源和储能设备通过变换器连接到微电网的交流母线上，通过对端口处的控制，实现微电网运行模式的转换（并网运行和孤岛运行）。直流微电网的特点是各种分布式电源和储能装置以及各种负载通过变换器连接到直流母线上，直流母线再通过逆变器向交流负载供电。DG和负荷的波动依靠连接在直流母线上的储能装置进行补偿。从结构角度分析，混合微电网是可以看作交流微电网的，直流微电网同时可当做是交流微电网中的一个电源通过逆变器并入交流母线。 　　与交流微电网相比，直流微电网在电能的转换过程中无需变压器，能够有效减小微电网的规模，便于系统运行维护。当前，光伏电池、燃料电池等电源，超级电容、蓄电池和液流电池等储能装置都具有直流特性，更适合接入直流电网。 　　DC/DC变换器是微电网系统的关键组成部分，其工作效率是衡量系统的重要指标。如果DC/DC不能高效率、低损耗的运行，那么新能源发电节能减排、高效供电的特点将不复存在。因此，DC/DC的效率问题是微电网中经济攸关的重大课题。研究如何提高新电源的电能质量和传输能力，降低变换器的损耗显得日益重要。 　　2 DC-DC损耗分析 　　微电网中DC/DC变换器的功率损耗主要集中于三部分：功率器件，磁性元件和电容器。这三部分损耗既可单独分析但又相互作用影响[2-3]。 　　2.1 功率器件的损耗 　　运用电路简化的解析模型是最为普遍的一种模式，通常利用近似拟合得到的电压电流瞬时表达式将损耗表示出来，此模式是实际工程中常用的功率损耗分析方法，此方法由于简化了开关的过程，所以运算结果的精确程度与假设和简化的因素密切相关。电路模型经简化后，寄生电容被认为是是影响开关行为的主要因素，然而半导体工艺的迅速发展，功率管的容量也逐渐升级，随之电流密度逐渐增大，寄生电容随之逐渐减小，开关行为的影响因素已不再由电容参数决定，寄生电感的