基于电力电子变压器的交直流混合系统优化运行控制关键技术及研究框架

随着我国分布式可再生能源快速增长,高效消纳的问题日益突出,基于电力电子变压器(power electronic transformer,PET),构建可实现大范围互联互济的交直流混合系统成为新的发展趋势。文章在分析国内外研究现状及存在问题的基础上,提出一种"场景生成-互补优化-协调控制"时序递进的优化运行控制体系,包括交直流混合系统运行场景生成方法、计及电力电子变压器调控能力的多时间尺度可再生能源互补优化策略、交直流混合系统协调控制技术等3个方面,进一步给出了交直流混合的分布式可再生能源互补优化运行控制方面亟待研究的关键技术和研究方案。最后,给出了示范验证项目的应用场景。     

基于电力电子变压器的交直流混合配电网功率-电压协调控制

传统交流配电网柔性调控能力不足,限制了分布式可再生能源(DER)的充分消纳和高效利用,DER接入引发的节点电压异常波动就是重要表现。利用双向多端口的电力电子变压器(PET)构建交直流混合配电系统可以实现灵活组网、减少交直流电量变换环节同时极大地增强对系统潮流调控能力,是解决DER在配网层面高比例接入的重要方案。本文对PET的拓扑结构、组网形式及控制模型进行研究,提出一种PET稳态模型,该模型集成了多个不同电压等级的交直流端口,且每个端口均可独立控制传输功率与端口电压,有利于主从或下垂控制等控制策略的实施。进一步提出了以交直流系统节点电压偏移最小为目标的PET功率-电压协调控制方法,对交直流混合配电算例系统的计算分析表明,交直流混合系统中的PET可以通过灵活、快速的端口功率控制,显著改善系统电压越限、应对分布式电源的出力波动,从而提高分布式电源渗透率、促进可再生能源的就地消纳。     

含电力电子变压器的交直流混合分布式能源系统日前优化调度

提出一种含电力电子变压器的交直流混合系统分布式能源的日前优化调度方法。首先,建立了电力电子变压器的稳态模型;然后对于含电力电子变压器的交直流混合系统,建立了其日前优化调度的模型,以实现交直流混合系统分布式能源的充分消纳以及经济最优;最后,用算例来对上述含电力电子变压器交直流系统模型进行验证,结果表明:将电力电子变压器应用于交直流混合系统中,通过电力电子变压器的功率调节功能来对交流网络和直流网络之间的功率传递进行控制,可有效实现分布式发电的充分消纳,另外,通过对分布式发电的合理应用,降低了系统的运行成本,实现了交直流混合系统的经济运行。     

基于分布式可再生能源发电的能源互联网系统

以分布式可再生能源发电为基础,构建可以实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源接入的能源互联网系统.能源互联网系统由智能能量管理系统、分布式可再生能源、储能装置、变流装置和智能终端等组成.智能能量管理系统提供了一个可视化的操作平台,除了可以实现常规的能量管理,还可以实现可再生能源的"即插即用",并根据系统需要,自主实现孤岛运行和并网之间的切换;储能装置在改善电能质量、提高系统稳定性、电源备用和提高经济效益方面具有重大的作用,是能源互联网系统不可缺少的组成部分;电力电子变压器的应用使可再生能源发电达到电网接入要求.最后确定了控制策略、电力电子变流技术和储能技术3个能源互联网的未来主要研究方向.     

面向交直流混合配电应用的10kV-3MV·A四端口电力电子变压器

电力电子变压器是交直流混合配电系统中实现交直流电能变换与管控的核心设备,该文以应用于苏州同里交直流混合配电系统中10kV-3MV·A四端口电力电子变压器样机为对象,考虑示范工程中多电压等级的交直流设备接入需求,针对交直流混合配电接入的复杂应用场景,在电力电子变压器样机的电路拓扑设计和分布式控制技术方面开展研究,提出一种适用于多端口、直流真双极的电路拓扑及其端口协调控制策略.示范工程现场测试结果验证了该文中电力电子变压器样机设计能够满足交直流混合配电系统复杂应用需求,对于电力电子变压器在交直流混合配电网中推广应用及发展具有重要意义.     

交直流混合智能型微电网

正交直流混合智能型微电网充分运用基于电力电子变压器的交直流混合分布式可再生能源技术,以光伏、风电等多种绿色能源为基础,以"多端口变流器"为核心,利用能源管理系统,精确协调控制发电、储能和用电,灵活调配各用户连接方式,实现"源-网-荷-储"协调控制和经济运行。     

计及需求侧响应的含PET交直流混合系统日前优化调度

近年来,基于清洁能源的分布式发电技术不断发展,风、光为代表的各类分布式电源在配电网的集成水平日渐提升,电力电子变压器由于其强大的端口功率调控特性可实现交流和直流分布式能源的"即插即用"。本文建立了计及损耗的电力电子变压器优化调度模型,并综合考虑需求侧可控负荷的响应能力,以运行经济性最优为目标,建立了含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度模型,可生成含分布式电源、电储能系统、需求侧可控负荷的日前经济优化调度方案,基于电力电子变压器的灵活调控能力实现交直流混合系统中"源-荷-储"协调运行,显著提高了系统运行灵活性与经济性。     

采用电力电子变压器的多端口能源路由器

基于能源互联网背景,结合多绕组高频变压器,设计了一种新型的家庭用多端口能源路由器。这种能源路由器的优势在于具有相对较高的能量密度和转换效率,同时更易于实现多电压等级接入,交直流混合,因此更适合于分布式电源及可再生能源的接入。给出了多绕组高频变压器的简化数学模型以及基于此的控制方法,同时在最后给出了用于验证系统正确可行性的仿真及实验结果。     

不平衡负载下三端口电力电子变压器二倍频功率解耦控制策略

电力电子变压器(powerelectronictransformer,PET)作为分布式可再生能源发电设备和交直流负荷灵活接入的有效解决方案,在交直流混合微电网中极具研究前景。其中,分布式电源和负荷的间歇性波动及不平衡交流负载的接入是影响PET端口输出电能质量的重要因素,PET多个端口之间的耦合作用会进一步影响其他端口负荷的正常运行。因此,研究不平衡负载工况下多端口PET的功率解耦控制策略非常关键。该文针对含交/直流端口的三端口PET拓扑结构,建立交流端口接入三相不平衡负载下PET二倍频功率传输模型,提出一种基于谐振控制的二倍频功率解耦策略,实现二倍频功率在PET不同端口间的解耦。最后,通过建立基于RT-Lab的硬件在环实验平台,验证所提控制策略的有效性。     

分布式发电系统中电力电子变压器的设计与仿真

针对电力公司在保证电网建设安全经济可靠的前提下提高电网大规模消纳分布式电源的需求,提出一种分布式电源接入系统设计新方案即采用电力电子变压器代替传统变压器作为分布式能源与电网连接的枢纽,实现能量的双向流动、主动调度管理并精确可控。设计一款10 k V等级的电子电力变压器(Electronic Power Transformer,EPT),研究其主回路拓扑、控制方式和运行特性,在此基础上进行Matlab仿真验证和提升该方案的合理性。仿真结果表明,电力电子变压器具有能量路由器功能,该方案能保证分布式能源接入电力系统安全灵活运行。     

电力电子变压器与常规变压器并联输出控制技术研究

电力电子变压器能够直接接入交流、直流电源或负载,并能灵活地控制潮流在各个端口的方向与分配,适应了微型电网以及分布式能源的发展需要。将电力电子变压器与常规变压器并联运行,在提高供电可靠性的同时,还能最大限度地利用清洁能源。介绍通过设置总控制器来实现电力电子变压器与常规变压器的功率优化控制策略,以及利用修正指令电流来实现多台逆变器输出均流的控制方法。搭建仿真主电路与控制电路并进行仿真分析,仿真数据表明该控制策略的可行性和正确性。     

基于广义下垂控制的电力电子变压器运行策略优化组合

针对多台电力电子变压器构成的交直流混合系统中,电力电子变压器端口运行模式复杂,组合多样的问题,提出了一种基于广义交直流下垂控制的电力电子变压器运行策略优化组合方法,在保证系统安全运行的同时保证可再生能源的充分消纳。广义交直流下垂控制可通过控制系数的调整来近似端口运行模式的切换,避免了在非线性规划模型中引入整数变量,有效降低了模型的复杂度。在此基础上,建立了考虑可再生能源不确定性的电力电子变压器运行策略鲁棒组合优化模型,并进一步采用双层优化方法对所提模型进行求解,算例仿真结果证明了该方法的有效性与可行性。     

高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术通过验收

正国家"863计划"项目"高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术"日前在浙江上虞通过验收,该技术提供了高密度分布式能源接入电网的新模式,为光伏、风电等新能源安全稳定接入大电网扫除了技术障碍。近年来,我国能源结构显著优化,但可再生能源发展存在的问题不容忽视,譬如:可再生能源发电的间隙性及波动性会对电     

配电台区交直流混合配电网工程建设研究

随着分布式电源、电动汽车、储能设施在电力系统的广泛应用,部分低压配电台区接入的直流负荷和直流电源比重快速增加,基于配电台区构建交直流混合配电网的建设改造工程在电力建设中逐步推广。从交直流配电网关键技术出发,对直流设备、网架结构等方面进行了分析。全面梳理交直流混合配电网在关键设备和组网方式等方面的技术应用,对DC/AC换流器、DC/DC换流器、直流断路器等设备在交直流混合配电网中的功能定位和发展趋势进行了探讨。分析了交直流混合配电网的典型应用场景,比较了辐射型、两端型、环型结构在运行方式、供电可靠性、经济性上的区别,并基于重庆西部科学城设想场景,提出基于电力电子变压器的建设改造方案,开展交直流混合配电网示范应用,实现高质量可靠供电。     

基于DDC的直流微电网接入技术研究

以直流配电中心为核心构建的柔性互联配电网,有效解决了电磁环网问题,真正意义上实现了多回馈线闭环运行,文中基于直流配电中心重点研究了以直流电力电子变压器为核心的直流微网接入技术。首先对直流电力电子变压器的基本结构和工作原理进行了分析和介绍,并设计了相应的控制策略;然后对含有光伏、直流负载的简单直流微网及相关模型进行介绍;最后利用PSCAD/MTDC搭建了四端交直流柔性互联配电系统,并通过直流电力电子变压器接入了光伏和直流负载单元,验证通过直流电力电子变压器实现直流微网与直流配电中心互联的技术可行性。结果证明直流配电中心系统能够稳定运行,直流变压器能够满足直流微网接入的技术需求;在稳态及受到扰动时,系统能够维持稳定运行,直流负荷供电不受影响。     

计及可中断负荷的交直流混合微电网运行优化研究

针对我国传统能源供应紧缺和可再生能源消纳不足问题,为保证可再生能源高比例利用率,抑制可再生能源间歇性引起系统功率波动,研究交直流混合微电网运行与优化具有重要研究意义和实用价值。交直流混合微电网通过电力电子变压器(power electronic transformer,PET)并网,考虑不同可中断负荷渗透率,通过建立混合整数线性规划(mix integer linear programming,MILP)模型,在不同交换功率下,实现系统运行优化。     

“交直流微电网电能变换与控制”专辑征文启事

<正>2016年专辑征稿进行中……专辑特邀主编:湖南大学涂春鸣教授清华大学耿华教授微电网是分布式新能源发电灵活有效接入和提高电网供电可靠性的重要方式,不仅可消纳高渗透率的新能源发电,提高能源利用效率,还可改善电力品质,增强电力系统的稳定性。近年来,交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网的相关基础理论和关键技术发展迅猛,日益成为电力电子学科的研究热点之一。为了集中展现微电网     

“交直流微电网电能变换与控制”专辑征文启事

<正>微电网是分布式新能源发电灵活有效接入和提高电网供电可靠性的重要方式,不仅可消纳高渗透率的新能源发电,提高能源利用效率,还可改善电力品质,增强电力系统的稳定性。近年来,交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网的相关基础理论和关键技术发展迅猛,日益成为电力电子学科的研究热点之一。为了集中展现微电网系统架构、稳定性与优化运行、变换器拓扑与控制、电能质量与能量管理等方面的最新研究成     

含分布式电源的多电压等级交直流混合配用电测试系统

交直流混合的配电网络为分布式电源及新型负荷的广泛接入提供条件,是未来配电网形态的重要发展方向。本文考虑分布式光伏、风电、电化学储能、交直流负荷的接入,考虑电力电子变压器、直流变压器、故障电流限制器等电力电子设备的应用,建立交直流混合的配用电测试系统,并依据设备的控制模式,给出系统典型的运行方式。所建立的测试系统具有一定适用性,可为交直流混合的配用电系统的稳态计算和相关研究提供基础。     

我国分布式能源广泛接入电网技术通过验收

正国家863计划项目"高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术"6月23日在浙江上虞通过验收。该技术提供了高密度分布式能源接入电网的新模式,为光伏、风电等新能源安全稳定接入大电网扫除了技术障碍。"高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术"为光伏、风电等高密度分布式能源接入电网,提供了规划设计、运行控制、故障保护、优质供电等一整套系统化解决方案。