基于双向接口变换器的混合微电网交直流母线电压统一控制策略

交直流混合微电网中,交流电压不平衡引起的接口变换器瞬时功率脉动以及单相交流负荷并入直流微电网导致的直流电压二倍频脉动,影响混合微电网正常运行。针对上述问题,建立了双向接口变换器ab坐标系下的数学模型,分析了不平衡工况下交流子网以及直流子网单相逆变负荷的二倍频功率传输特性,在此基础上,通过在双向接口变换器直流侧引入降压型波动功率补偿电路,详细设计了基于改进型双向接口变换器的交流不平衡电压及直流二倍频脉动电压统一控制策略。对补偿电路电容容量进行定量分析,使双向接口变换器可以在较小直流母线电容容量情况下,利用自身功率余量同时补偿交流不平衡电压与直流二倍频脉动电压,仿真证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

模块化多电平换流器的三相不平衡控制策略

为研究模块化多电平在交流系统三相不平衡下的控制策略,建立了MMC的数学模型,分析了交流系统故障下功率二倍频波动对换流器的影响以及锁相环对交流信号的跟踪问题。在分析基础上对正负序分别解耦控制,提出抑制有功、无功二倍频和负序电流的三种控制策略。最后在Simulink中搭建仿真系统,仿真结果证明,设计的三种运行方式转换的控制器在电网侧出现电压不平衡情况下能够很好地抑制故障分量,有助于模块化多电平柔性直流输电系统可靠、持续运行。     

分布式交直流变换器及其有源功率解耦控制

功率解耦控制能够有效抑制分布式交直流功率变换过程中的二次功率扰动,用附加解耦电路作为直流侧二倍频脉动的补偿单位,可解决交直流侧功率不平衡的固有问题。因此,提出一种应用于V2G场景的分布式交直流功率变换拓扑及其有源功率解耦控制方法,详细分析了所提解耦拓扑的工作原理,并在双环控制基础上引入内电流相位基准校正策略,在改善分布式交直流变换拓扑电能质量的同时获得良好的功率解耦性能。最后通过一台1.2 kW的实验样机证实了所提方法的有效性和可行性。     

基于虚拟同步电机控制的固态变压器对多控制类型分布式电源接入的适应性分析

固态变压器(SST)具备交直流环节,可用于实现交、直流微电网间的互联。针对交-直-交非隔离型的SST,提出引入直流下垂控制环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,使SST交直流端口具备惯性和阻尼,提升系统稳定性;建立VSM小信号模型分析直流侧电压与功率分配关系,便于实现交、直流侧互联微电网间的能量平衡,进而提出基于VSM的SST整体控制策略,在SST网侧和源荷侧变换器级联新的控制环路,实现网侧变换器快速响应及源荷侧变换器单/三相负荷、多控制类型(恒功率控制、下垂控制、虚拟同步机控制)三相分布式电源接入的需求;通过仿真分析验证所提基于VSM控制的SST对不同控制类型分布式电源的接入适应性。     

不平衡负载工况下三相变流器有源功率解耦控制

三相电压源型变流器(VSC)对于微电网的稳定运行有着重要的作用。然而,孤岛工况下带三相不平衡负载运行时,交流侧产生的二次脉动功率耦合至直流侧,导致系统的工作性能降低并影响系统的寿命。针对该问题,在二次功率脉动分析的基础上,提出了一种基于虚拟三相瞬时功率的解耦控制策略,通过控制虚拟三相瞬时功率脉动分量为0,在不增加开关器件的情况下,利用LCL滤波器中电容提供负载所需二次脉动功率,实现交直流侧二次脉动功率解耦。在此基础上进一步分析了该拓扑结构直流侧所需的最低电压以及电流应力影响因素。最后仿真和实验结果均表明所提控制策略可以较好地实现功率解耦控制,直流侧源电流二次脉动分量大大减小,有利于提高系统控制性能和实现直流侧电容轻量化。     

交直流混合多端口能量路由器拓扑与控制研究

为了提高可再生能源与电网的互联,提出了应用于高压配电网的交直流混合多端口能量路由器模型.分析了级联H桥高压侧整流器、中间级DC/DC隔离器、低压交和直流端口的原理并提出了一种分布式控制策略,以直流母线电压的变化调整内部功率实时平衡.提出的能量路由器可以灵活提供不同电压等级的交/直流端口以供负载接入,在实现电压隔离变换的...     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略

柔性多状态开关大多采用"刚性"的变流控制策略,导致其端口惯性与阻尼不足,直流微电网通过其接入时难以与交流配电网进行柔性互联,无法响应交流配电网调频调压.为此,提出一种基于储能型柔性多状态开关的直流微电网与交流配电网柔性互联策略,交直流端口统一采用虚拟电机控制,通过模拟电机的惯性和阻尼特性使交直流端口呈现柔性特性,同时针对馈线负荷不均衡问题提出一种考虑直流微电网功率交互的负荷均衡策略.仿真结果表明,所提策略能够降低直流微电网波动对交流配电网的冲击,增强直流母线电压的稳定性,主动响应交流配电网调频调压,实现了馈线负荷均衡,提升了柔性多状态开关的调控灵活性.     

基于虚拟同步发电机的固态变压器交流端口柔性控制策略研究

固态变压器(solid state transformer, SST)能实现传统电力变压器的变压、隔离作用,还可实现灵活的电能调控作用,但不具备传统同步发电机的机械特性及同步运行机制。当分布式电源经SST接入电网时,由于其出力的随机性和波动性,将对上级电网造成冲击,导致电网电压/频率波动。提出一种基于虚拟同步发电机的SST交流端口控制策略。首先,建立模块化多电平型输入级和同步发电机等效模型,将虚拟同步发电机原理融入输入级控制策略,以提高SST并网端口的电能质量、惯性及阻尼特性,并使其具备参与电网调频、调压能力。其次,提出储能装置辅助调频控制,保障SST参与一次调频时低压系统负载功率消耗平衡。最后,确立了输出级虚拟同步发电机控制策略,以提高低压交流端口负荷功率响应特性,实现SST对上级电网的友好性。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提SST拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

多中压交流端口链式电池储能功率变换系统

基于级联H桥型功率变换的链式电池储能系统(cascaded H-bridge energy storage system,CHB-ESS)适用于无变压器中高压直挂式大容量应用场合,具有电池“分割管控”、高效、可靠、模块化、易扩展等优势。而现有的CHB-ESS为单中压交流端口的设计,只能挂接在单个交流配电网。随着分布式发电及快速充电桩等大规模接入,需要在配电网中大量ESS分散式接入,导致建设成本高,占地面积大等问题。为拓展ESS在配电网中的应用场景,文中基于CHB-ESS,提出具有多中压交流端口的ESS拓扑,该结构实现了多条中压交流馈线与同一ESS的柔性互联,具有储能共享、能量多向流动、网间功率互济以及馈线间潮流可控等功能。文中围绕所提出的ESS结构,分析其工作原理、能量平衡机制,提出中压交流端口功率解耦控制、能量均衡控制以及电池单元SOC均衡控制策略,最后,通过仿真和小功率样机实验验证所提出拓扑及控制策略的可行性及有效性。     

不平衡工况下CLLC型交直流母线接口变换器控制策略

针对交流微电网电压不平衡工况下直流微电网母线电压二倍频脉动问题,提出一种适用于CLLC直流变压器的两级式双向隔离AC/DC母线接口变换器控制策略。首先,对不平衡工况下交直流母线接口变换器功率传输特性进行分析,并设计抑制交流侧负序电流的控制策略。其次,建立CLLC直流变压器的基波等效模型,并分析其电压增益和输入阻抗特性。在此基础上,考虑不平衡工况下CLLC直流变压器输入电压脉动特点,对CLLC直流变压器进行了参数优化设计并提出了基于脉动电压前馈的控制策略以抑制直流母线电压脉动。最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,采用所提控制策略,在交流母线电压平衡及不平衡工况下均能保证三相电流平衡的同时抑制直流母线电压脉动。     

适用于交直流混联配电网的多端口柔性互联开关EI北大核心CSCD

随着分布式能源的高比例渗透和电动汽车的大量接入,传统交流配电网在电能质量、潮流调控和供电可靠性等方面面临着巨大挑战。基于柔性互联开关,构建柔性互联系统,可有效缓解上述问题。现有的中压柔性互联工程普遍采用背靠背型模块化多电平换流器(back-to-back multilevel modular converter,BTB-MMC)方案,多个MMC通过直流链路相连实现所连馈线的互联互通,并由此构建中压直流配电网,形成交直流混合配电网,以更好的消纳直流负荷,但该方案成本高、占地面积大,不利于大规模推广。因此,该文结合MMC结构特点,提出一种适用于交直流混合配电网的多端口的柔性互联开关(multi-port flexible interconnection switch,MPFIS),通过小容量模块引出多个中压交流端口互联多条中压交流馈线,通过协调控制方式实现各馈线的有功无功解耦控制。其具有的中压直流端口,可连接中压直流配电网。围绕提出的MPFIS拓扑,分析其功率调节原理、能量平衡机制,并提出相应的控制策略。接着,为阐述MPFIS方案的优势,将该方案与常规BTB-MMC方案进行对比。最后,仿真与实验结果验证了所提方案及控制策略的可行性与有效性。     

电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究

针对应用于交直流混合微网的电力电子变压器(PET),分析了并网和离网两种运行模式,并设计了相应的控制策略。并网模式下,控制PET输入接口使交直流混合微网等效为"阻性负载"或"电流源",同时控制交流和直流输出接口都等效为恒定的电压源。对于离网模式,提出了混合功率下垂控制,能根据接口处频率和电压信息,结合混合微网下垂特性得到微网间需交换的功率。搭建了交直流微网系统和电力电子变压器仿真模型,仿真结果表明,在分布式能源功率波动情况下,PET能准确快速地调节主网、交流微网和直流微网三者间功率的流动,实现交直流混合微网的稳定运行,验证了控制策略的可靠性。     

基于电力电子变压器的交直流混合配电网日前经济运行策略研究

多端口电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)可以在交直流混合配电网建立功率柔性调节的通路,实现多个交直流混合配电区域间电能互联互济.提出一种基于多端口PET的交直流混合配电网日前经济运行策略.首先基于交直流混合配电网典型拓扑,分析含PET交直流配网的灵活调控能力;然后根据PE...     

基于三端口电力电子变压器的交直流混合微网分层多目标优化

三端口电力电子变压器(PET)具有交流、直流接口,便于主网、交流微网、直流微网协调优化。根据PET结构,将三端口PET并网的交直流混合微网分为微网层、混合层和并网点层,以并网点层功率波动最小、混合层新能源最大程度消纳、微网层新能源和负载功率变化率最小为目标建立分层多目标优化模型。基于PET端口容量、传输效率限制,改进了微网、PET并网点供蓄能力指标,减少了优化约束条件。在此基础上,实现了加权的多目标求解,提高了求解效率。算例验证了分层多目标优化和供蓄指标的有效性。     

采用VSG的柔性配电装备交流端口电压控制及稳定性分析

向负载供电及接纳分布式电源是柔性配电装备的重要功能,因此柔性配电装备端口控制至关重要。文中针对柔性配电装备交流端口电压控制问题,在虚拟同步发电机控制基础上,对三相进行独立控制,通过级联准比例-谐振电压外环、电流内环提高其动态性能。进而以单相为例,详细分析柔性配电装备交流端口输出电流对电压的影响,并提出电流前馈控制策略,保证负载变化、分布式电源接入等变化过程中交流端口电压的稳定。利用阻抗建模方法分析交流端口的输出阻抗,并根据广义奈奎斯特判据验证柔性配电装备交流端口向负荷供电及接纳分布式电源时的稳定性。通过仿真和相关实验验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于固态变压器的互联交直流微电网功率互济自主控制

为充分发挥固态变压器在微电网中的灵活调节能力，提出一种面向多端口固态变压器互联交直流微电网的功率互济自主控制方法。该方法根据固态变压器多端口互联的交直流独立子网的有功–频率以及有功–直流电压下垂控制特性，通过定义各子网的瞬时有功不平衡归一化变量，来衡量交直流微电网全局功率不平衡程度。基于此，以使各子网瞬时有功不平衡归一化变量相等为目标，设计固态变压器中三级换流器的联合控制策略，实现全局不平衡功率在各子网之间的均衡自主分配，促进各子网之间的功率互济。建立小信号模型，并对所提功率互济自主控制的关键参数进行优化。基于RT-LAB的控制器硬件在环实验验证了所提方法能够自主、灵活地实现互联交直流微电网子网间的功率互济。     

基于高频汇集母线的电能路由器能量自循环系统及功率协同控制策略

该文提出一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器新型拓扑,与传统共直流母线结构相比,能减少功率变换级联数、提高系统效率,且各端口相互隔离,可实现灵活接地,还具备模块化和端口可扩展等特点。针对该拓扑在大容量应用场合满功率实验和系统效率测试的需求,提出一种能量自循环运行方案,有效节约用能并避免对大功率负荷的需求。该拓扑内部存在较强的功率耦合关系,为改善动态特性,提出一种功率协同控制策略。根据解耦后的三相平均功率分布规律调节需注入的正序和负序电流大小,实现了在三相电网电压和有功负荷不平衡条件下对高压交流端口的控制;采用功率交叉解耦策略实现了对多个端口的协同控制。最后,在一台10kV/2MW的四端口电能路由器示范样机上通过实验,验证了本文所提方案和控制策略的有效性。     

具备带不平衡负载功能的虚拟同步机控制策略

当虚拟同步机(VSG)孤岛运行时,不平衡负载的接入会导致其输出电压不平衡。首先分析了不平衡负载条件下VSG输出电压不平衡的机理,提出了基于PR和PI复合控制的VSG电压环路控制方法;其次,考虑到VSG输出电流的d,q轴分量在负载不平衡时含有二倍频波动分量,导致VSG定子电气方程输出电压的d,q轴指令呈现二倍频波动,提出采用电压环PI调节器输出电流指令作为定子电气方程的电流输入;再次,针对不平衡负载条件下有功功率和无功功率含有二倍频分量问题,提出一种采用电压环PI调节器输出电流指令的功率直流分量提取方法;最后,仿真和实验结果证明了所提方案的有效性。