交直流混合微网中多台双向换流器的分散协调控制方法

交直流混合微网综合了交流微网和直流微网的优势,为高密度分布式能源接入配电网提供了新的有效途径。交直流混合微网中交直潮流断面由多台AC/DC双向换流器构成,在维持交流区和直流区的功率动态平衡、交流侧频率和直流侧电压恒定等方面起着关键作用。针对多台AC/DC双向换流器的并联运行,基于变步长自适应逆控制理论,提出了一种多台AC/DC双向换流器的分散协调控制方法。该方法兼具了下垂控制与自适应逆控制的优势,既可以使各双向换流器按照额定容量进行有功功率的协调分配,又可以实现对直流母线电压或交流区频率的零误差调节,并获得相较于自适应逆控制更优的动态响应。最后,结合国内首个商业化运营的交直流混合微网示范工程进行仿真实验,验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略

在孤立交直流混合微电网中,对双向AC/DC换流器进行合理控制可以有效实现微网功率的协调分配并提高系统的抗外界干扰能力。将孤立混合微电网中的交流微网和直流微网等效为整合电源,分别给出双向AC/DC换流器交流侧和直流侧的有功功率下垂控制方程,进而提出基于全网功率成比例分配原则的双向AC/DC换流器外环功率控制策略,实现孤立混合微电网的功率平衡和自主分配;同时针对常规比例-积分(proportionalintegral,PI)内环控制无法获得理想的电压动态响应的问题,在对双向AC/DC换流器进行电压波动分析的基础上,提出一种抑制电压波动的双向AC/DC换流器改进内环控制策略,实现换流器电压对参考信号的无静差跟踪,提高下垂控制微电网系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步电机的单级式光伏系统控制策略

为同时实现光伏系统的单级式接入以及光伏系统的惯性响应,提出了基于虚拟同步电机的单级式光伏系统控制策略。系统将光伏阵列以及蓄电池并联作为电源,通过DC/AC逆变器与交流负载和电网相连。电源侧通过粗调加微调的控制策略调整蓄电池侧双向DC/DC变流器的电压参考值实现单级式光伏系统的最大功率输出;离网运行时DC/AC逆变器一方面通过无功电压下垂控制直接调节逆变器输出电压。另一方面将有功频率下垂控制作为其调频器调节频率,并结合同步电机的转子运动方程,使逆变器模拟同步电机具有惯性的功能。在MATLAB/SIMULINK中建立了包含光伏阵列、蓄电池以及DC/DC和DC/AC变流器的单级式光伏系统并进行了时域仿真,仿真结果验证了所提控制能够有效改善频率的暂态响应,提高系统抗干扰能力。     

虚拟直流发电机控制下SOC均衡功率分配策略

直流微网无需考虑频率、无功等因素,有利于新能源的接入,但接入大量电力电子变换器的直流微网惯性较低,严重时会影响微网稳定运行。为增大系统惯性,目前针对储能侧双向DC/DC变换器虚拟直流发电机控制策略研究较多,但对于多台并联运行虚拟直流发电机之间功率分配问题研究甚少。为了解决蓄电池间因功率分配不合理导致初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电等问题,提出了一种以蓄电池荷电状态作为变量,适用于多台容量不同虚拟直流发电机的荷电状态均衡功率分配策略。构建了多电源光储直流微网,建立了系统小信号模型,利用阻抗比判据分析了系统的小信号稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明:所提功率分配方法可以实现蓄电池间的荷电状态均衡,避免初始荷电状态较低的蓄电池提早退出放电的问题。     

改进的双向储能变流器多模式运行控制方法

研究了双向储能变流器(PCS)的控制,对变流器的拓扑结构以及控制方法都进行了改进.双向PCS采用两级式拓扑,前级为两相交错并联的DC/DC变换器,后级为T型三电平DC/AC变换器.在此研究了DC/DC变换器和DC/AC变换器在离网和并网两种模式下的控制策略.为提高系统的稳定性及动静态性能,在DC/DC变换器中引入载波移相和功率前馈环节,研究了DC/AC变换器的中点平衡和谐振抑制策略,并对传统的电网同步方法和电流控制器进行了改进.最后,研制了一台10 kW的实验样机对系统的稳态和动态性能进行了测试,验证了所提控制策略的有效性.     

交直流混合微网变流器多模式协调控制策略

交直流混合微网含有不同类型的微源,分别建立了各个微源的并网接口控制模型。对双向变流器下垂控制曲线进行改进,当双向变流器变换功率很小时,其仍然处于停机模式,减少了电力电子器件不必要动作带来的谐波。在分析微源变流器不同运行模式的基础上,提出了一种基于直流母线电压与微网能量管理的协调运行控制策略。该控制策略综合考虑了直流母线的电压偏差、微网功率缺额、蓄电池的荷电状态等因素,能够实现交直流微网间的功率平衡,提高系统稳定性、可控性,适用于交直流微网的不同模式运行控制。仿真验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

V2G充放电机的设计及其仿真

随着电动汽车的广泛应用和智能电网的发展,电动汽车与电网互动(Vehicle to Grid,简称V2G)技术变得越来越重要。充放电机作为电网和电动汽车的接口,对于实现两者间的能量双向流动至关重要。研究并设计了基于四象限AC/DC变流器和双向DC/DC变流器的V2G充放电机,用以控制电网与电动汽车蓄电池间的能量流动;AC/DC变流器利用瞬时功率理论和电流模式闭环控制,实现了其与电网之间有功功率和无功功率的解耦控制;DC/DC变流器分别采用基于蓄电池充电电压、充电电流和基于中间直流母线电压的闭环控制,对应实现了蓄电池充电时的多段模式和放电时的功率调节。利用MATLAB/SIMULINK系统全面地仿真了V2G充放电的多种工况,仿真结果表明,该充电机能实现V2G所要求的相应功能,实现能量的双向流动满足用户的需求。     

无需互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略

通常直流微电网通过双向DC-AC变流器与交流电网互联,并利用该变流器控制直流母线电压恒定,维持系统内功率平衡。若发生交流电网故障、DC-AC变流器限流运行或故障退出等工况将导致直流微电网失去功率平衡单元,而仅依靠其上层能量管理和集中控制系统,无法快速实现系统内的功率协调控制,影响系统稳定运行。为此,提出一种基于无互联通信的直流微电网实时功率协调控制策略,使系统中各单元具备即插即用功能。直流微电网在不同运行状态下,系统中任一单元根据公共直流母线电压信号平滑切换其接口变流器控制模式。各单元在切换过程中不仅保持控制结构不变,而且根据当前运行状态自适应地调整其下垂曲线,在主动参与直流电压调节和系统功率平衡的同时,能保证系统中多个功率平衡单元(尤其是储能单元)之间的功率合理分配。最后在包含光伏、储能单元、双向DC-AC变流器和直流负荷的典型低压直流微电网中,通过Matlab-Simulink仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

直流微电网并网运行协调控制策略研究

为实现直流微电网简洁、高效、灵活的控制,提出了并网运行模式下的直流微电网协调控制策略.通过合理设置各变换器的分段电压阈值,控制分布式发电单元、储能单元以及并网变换器的优先级,使其运行在最大功率状态或下垂控制状态.对于同一个电压等级下的多个变换器通过下垂控制实现功率分配和电压控制.双向AC/DC并网变换器采用双闭环的PWM矢量解耦控制实现与大电网间的功率动态平衡.仿真结果证明了该策略的可行性和有效性.     

高压柔性直流电网分层协同自适应下垂控制

为实现直流电网的潮流优化及扰动后不平衡功率的合理分配,提出一种直流电网分层协同自适应下垂控制策略。其中,系统控制层基于各站直流电压、有功功率等信息,以直流电网运行中网损和直流电压偏差最小为优化目标,实时分析并优化各站的直流电压、有功功率指令,以实现稳态时直流电网潮流最优;换流站控制层以本地信号为依据,综合考虑各换流站功率裕度以及电压偏差影响,通过实时自适应调整下垂系数,合理分配扰动后直流电网内部的不平衡功率,同时减小直流电压的偏差。系统控制层的指令值优化与换流站控制层的下垂系数优化协同作用,实现直流电网功率的协调控制。以七端直流电网为例的仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

Buck DC/DC变换器在星载开关电源中的应用

介绍了一款可用于星载开关电源的Buck DC/DC变换器。为满足星载开关电源的需要,相对于传统的BuckDC/DC变换器,该变换器在消浪涌电路、启动电路、驱动电路、过流保护电路的设计上做了一些改进,重点分析了其工作原理,并给出了相关设计公式。该变换器转换效率高,可广泛应用于星载开关电源。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关构成的直流组合电器

提出了一种由直流后备式熔断器和直流真空负荷开关串联组成的直流组合电器,对其直流开断特性进行了仿真和实验研究。新型直流组合电器可完成直流电流的全范围开断:当开断额定电流和过载电流时,采用真空直流负荷开关利用人工电流过零法开断电流,此时后备式熔断器不动作;当开断大过载电流和短路电流时,采用后备式直流熔断器直接开断大电流,也可以将大电流限制至较低幅值再采用真空直流负荷开关进行分断。实验结果证明,该直流真空负荷开关可以在5 ms内成功开断200 A至1.7 k A的直流电流,直流后备式熔断器可以开断1.7 k A及以上的直流电流。     

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。     

基于直流电封闭测试的双向DC/DC电子负载

针对隔离型DC/DC电源的性能测试,设计了一种非隔离双向DC/DC电子负载.该电子负载拓扑结构为四开关Buck-Boost(FSBB)电路,采用单调制波双载波控制方式可在Buck模式、Buck-Boost模式和Boost模式间实现三模式平滑过渡,基于负载数学模型,采用双闭环控制及模型跟踪,可以模拟各类电池和负载的I-U特性,与隔离型DC/DC被测电源构成了直流电封闭能量循环系统.测试系统具有结构简单、高效、宽电压范围等优点.最后搭建了一台6 kW电子负载实验样机平台,并验证了设计方案的可行性.     

直流变压器研究

随着大功率电力电子器件的日益发展,采用电力电子器件构成的电力电子变压器不但可以实现交流变压器功能,而且还可以实现直流变压功能即直流变压器,从而有利于减少变压器的体积和成本;另外,随着直流电网的发展和普及,直流变压器将在直流输电中也会得到较为广泛的应用。因此,电力电子变压器得到了越来越多得到人们的关注,为利于该技术的实际应用,通过电路模态分析、仿真和实验,详细地分析并实验研究了全桥拓扑结构直流变压器的工作过程和高频变压器磁复位工作原理以及输入输出特性,最后给出了实验结果。仿真和实验结果表明直流变压器能够自动利用输出电压实现高频变压器磁复位和直流变压功能。因此,直流变压器可以广泛地应用在不需要调压的直流用电场合。     

直流开断与直流断路器

随着直流输电技术的快速发展,直流断路器的研制水平成为制约其发展的一个重要因素。对直流断路器研制的关键问题——直流开断进行了分析,综述了直流断路器采用的典型开断方法,并对实际系统中比较有代表性的3种直流断路器进行了介绍。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

零电压过渡反激式DC/DC变换器

介绍了一种新型的反激式ＤＣ／ＤＣ变换器,通过附加简单电路,实现了开关的零电压过渡,从而降低了损耗,减少了电磁干扰。     

双向全桥DC/DC变换器在直流微电网中的应用

双向变换器是微电网中的不可或缺的一部分,由DC/DC变换器将分布式电源、储能装置与负荷等构成的直流微电网,在未来供配电发展中会成为一种新的趋势。文中设计和制作了双向全桥DC/DC变换器,分析、计算和选择该变换器的功率器件及参数等,并进行了检验和参数调整。然后将该变换器其应用于直流微电网的锂电池组储能支路,实验结果表明,该双向全桥变换器能够正常工作,当直流微电网系统功率产生波动时,该储能支路能够与其他支路协调配合,稳定了直流母线电压,提高了直流微电网的稳定性。