终端电能路由器能量管理策略研究

为缓解能源压力,减少环境污染,终端用户使用分布式电源的比重逐年增加.提出一种终端电能路由器拓扑,提供多类端口,可以灵活方便地接入光伏、储能、交流负荷以及不同电压等级的直流负荷;给出了系统控制策略和能量管理策略,实现并网运行模式和独立运行模式的统一控制,并将终端电能路由器运行状态划分为5种,实现了5种运行状态的灵活切换....     

基于虚拟同步发电机控制技术的能量路由器交直流协调控制

作为能源互联网的关键设备,能量路由器的电路拓扑和控制策略与可再生能源接纳、灵活电力变换息息相关。基于虚拟电机理论,提出一种能量路由器拓扑结构,对此结构的交、直流端口均采用虚拟同步发电机控制,以实现对交、直流接口能量的协调控制。分别建立了虚拟直流电机和虚拟交流电机控制数学模型,以实现交、直流侧协调控制;并针对直流侧突增负荷、电网频率突增和突减三种工况,验证了所提出的能量路由器在拓扑结构、能量流动、维持母线电压稳定的正确性。并且在MATLAB中与传统的下垂控制进行了比较研究,对比研究结果显示下垂控制具有调节速度较快的优点,但超调大,变化较为突兀的缺点;而虚拟电机控制方法则由于具备阻尼和惯性特性的优越性,所以超调小,调节则较为平缓有利于系统的稳定运行。所提出的控制策略为能量路由器的稳定运行提出了一种新的解决方案。     

能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制

多端口能量路由器是整合光伏、储能以及电动汽车充电桩的有效拓扑结构。在不同端口进行能量路由时,涉及多工况运行,无缝工况切换是一大难点。在能源互联网框架下,采用分层控制,使得能量路由器在电网调度、并离网、电动汽车接入切除等工况下都能够协调运行,从而实现工况的无缝切换。微网控制层采用集中式控制,维持各工况下系统整体能量平衡,既能与上层调度层交互,响应调度;也能与下层本地控制层通信,即采样各端口的状态信息,计算储能、充电桩的充放电电流给定值。本地控制层中光伏、电压源型变换器端口采用分布式控制,降低通信带宽;储能、充电桩端口采用所提的基于电流跟踪的新型下垂控制方法,精准传输所需功率,并控制直流母线电压稳定。最后,通过MATLAB仿真验证了所提统一协调控制策略的有效性。     

磁通切换永磁电机的空间矢量脉宽调制控制

针对磁通切换永磁电机采用电流滞环控制方法精确度不高的问题,提出采用空间矢量脉宽调制算法对磁通切换永磁电机进行控制的方法.以一台12/10极磁通切换型永磁电机作为控制对象,建立此控制方法下的电机仿真模型,并采用dSPACE平台进行实验研究.通过改变电机负载来测试此控制方法的动态调速性能及转矩响应速度.静态和动态仿真以及实验结果表明,采用空间矢量脉宽调制算法控制后,电机转速及转矩平稳,电流波形正弦度高,而在负载发生突变时转速经过一个小波动后能迅速恢复为给定值,电流也能迅速地响应变化,并保持较高的正弦度.     

能源互联网中能量路由器的关键技术研究

首先,文章从能源互联网发展的现状出发,在分析国内外研究的基础上,给出了能量路由器的定义,并对其功能特点进行了介绍.其次,给出了户用型新型能量路由器的主要架构,包含满足家庭日常用能需求的即插即用接口、无线充电技术及分布式能源接入技术.最后,总结了能量路由器的关键技术,并对能源互联网的发展进行了展望。     

基于切换系统的无线能量传输恒流源控制

提出了一种无线能量传输系统一次侧的快速鲁棒控制策略.通过分析与系统的所有可能配置相关联的参数特性,生成正弦参考轨迹信号.基于变换器的开关特性和开关微分方程的轨迹参考信号,设计了开关控制器.定义了围绕参考轨迹的收敛带,以保证系统全局渐近稳定性.与其它传统的控制器相比,该控制策略复杂性低,并且对于负载大范围变化与扰动具有更高的动态响应速度.仿真结果表明,该控制算法有效抑制了初级电流超调与跌落,提高了系统的响应性能。     

分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法

提出了分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法,实现了在功率均衡与母线电压平稳的前提下无缝切换多端口能量路由器各工作模式,保障配电网运行的安全稳定。该方法选取包含并网接口、蓄电池接口、负载接口以及光伏接口的四端口能量路由器拓扑结构作为协同控制对象,结合分布式与集中式控制设计分层协同控制方法,实现对蓄电池充、放电的均流稳压控制,以及工作模式切换时的直流母线电压平稳与功率均衡控制,达到无缝切换各工作模式、实现各工作模式协同运行的目的。结果表明,在该方法的控制下,多端口能量路由器中储能蓄电池可实现恒流充电中两相电路充电电流的均衡,保持恒压充、放电过程中蓄电池电流、电压、恒压放电过程中母线电压的稳定,能量路由器可实现多工作模式切换过程中功率的均衡及直流母线电压的稳定,为分布式配电网平稳安全运行提供保障。     

基于空间电压矢量的变频器能量回馈系统研究

提出了一种新型的基于空间电压矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)的整流器定频控制方案,通过理论分析得出了整流器工作在整流状态和逆变状态下实现SVPWM调制的统一占空比计算公式.将PWM整流器用作变频器的前级整流电路,以TMS320LF2407A DSP为内核搭建硬件电路,完成了变频器的能量双向流动实验.实验结果表明,该系统不仅可以使能量双向流动,实现变频器能量回馈,而且能够有效地抑制注入电网的谐波,实现网侧单位功率因数控制,使网侧电流连续,且为正弦波.     

基于多端口能量路由器的多能互补系统研究与测试

针对旅游旺季期间某地区负荷出现较严重的过载现象,且当地可再生能源存在功率波动较大、难以消纳的问题,依托云南省某配电网智能化改造升级示范项目,研制了一套多能(含小水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统,并对基于多端口能量路由器的多能互补系统进行了研究与测试.首先对多端口能量路由器的拓扑结构和技术参数进行了介绍;其次对能量管理系统的功能进行了阐述;最后在对各端口分别进行调试后,进行全端口联合运行功能测试.测试结果表明,各端口能分别正常运行,全端口联合运行功能正常,能有效平抑直流母线电压波动,实现上层功率指令跟踪,同时在大功率运行状态下,输出波形畸变率较低,效率基本满足要求,能用于解决当地负荷过载问题,实现能量的合理配置与利用.     

基于多端口能量路由器的多能互补系统研究与测试

针对旅游旺季期间某地区负荷出现较严重的过载现象,且当地可再生能源存在功率波动较大、难以消纳的问题,依托云南省某配电网智能化改造升级示范项目,研制了一套多能(含小水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统,并对基于多端口能量路由器的多能互补系统进行了研究与测试.首先对多端口能量路由器的拓扑结构和技术参数进行了介绍;其次对能量管理系统的功能进行了阐述;最后在对各端口分别进行调试后,进行全端口联合运行功能测试.测试结果表明,各端口能分别正常运行,全端口联合运行功能正常,能有效平抑直流母线电压波动,实现上层功率指令跟踪,同时在大功率运行状态下,输出波形畸变率较低,效率基本满足要求,能用于解决当地负荷过载问题,实现能量的合理配置与利用.     

面向新能源接入的电能路由器模式切换协调控制策略

电能路由器(electrical energy router, EER)可实现新能源、储能及多种电能负载的灵活接入,协调控制和运行模式切换是其运行控制的重点。为实现EER运行模式的平稳过渡,降低EER运行模式切换时母线稳压单元控制模式改变导致的切换冲击,首先分析并网和孤岛两种运行模式切换时的电压扰动机理,研究系统内功率突变以及母线稳压单元控制器的调节过程对系统的影响。然后设计EER模式切换时序,提出一种基于移相比保持器、电流保持器的控制器输出量提前补偿的模式切换协调控制策略,能够实现端口功率的实时平衡,降低模式切换暂态过程中的电压扰动,提升系统的暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建EER仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于社区能源网的电能路由器设计

随着分布式发电及储能设备的广泛应用,基于新能源和互联网技术的能源互联网建设得到快速发展。连接电网、分布式发电设备、储能设备以及负荷的电能路由器的设计,可以满足能源互联的需求,从而实现对负荷用电和分布式电源发电的优化调度管理。提出社区能源网络的基本构成,电能路由器作为其最小终端,控制和调度家庭发用电系统。在分析电能路由器设计需求的基础上,提出基于固态变压器的即插即拔、多输入多输出的电能路由器方案,实现连接家庭发用电系统的新能源出力、储能设备和负荷并进行统一的控制和调度。     

基于通用电能路由器的微电网架构及其控制方法

在中压直流作为电源的交直流混合微电网中,低压公共交直流母线为多变流器的接入提供了稳定电压。微电网通过配置电能路由器,构建低压交直流母线电压,在保障交直流系统故障隔离的前提下,可实现交直流系统功率的双向传输,提升了新能源的消纳,同时还可提高混合微电网的运行可靠性。文中提出基于通用电能路由器单元的低压微电网系统拓扑,设计了电能路由器的端口配置及控制模式,优化了电源与电网的接入,通过多机并联控制策略,有效解决了多电源并联运行稳定性问题,研究了变换器的电压一次调节、二次调节及微电网控制模式快速转换的控制方法,可有效丰富配电网的运行方式,优化光伏、风电等新能源的消纳路径。     

基于分布式电源的能源路由器设计研究

随着大量的分布式电源接入电力系统中,逐渐改变着传统电力系统的结构和运行模式。能源互联网作为未来电网发展的必然趋势,日渐受到政府和专家的重视,成为了当前的研究热点问题。作为能源互联网关键接口设备,能源路由器具有统一电能接口和通信接口的特点。设计了一种基于分布式电源的能源路由器结构设计。将能源路由器划分为核心控制通信部分和能量传输部分。主要针对能源路由器的能量传输部分进行了全面分析设计,通过构建直流交流双母线动态互动的方式来实现供电的高效、稳定和节能的目的。针对能源路由器的电能传输部分进行了建模与仿真。通过仿真结果验证系统的交流侧和直流侧供电稳定性和电能质量满足目前分布式接入和电力系统运行电能质量的要求。     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

基于能源路由器的隔离双向DC-DC变换器研究

介绍了隔离双向DC-DC变换器的工作原理,分析系统容量与连接电抗之间的关系,给出高频变压器的参数选择设计方案。结合该变换器的控制特点以及蓄电池充放电的要求设计出有效的移相控制策略。在PSCAD中建立仿真模型,分析该变换器作为能源路由器的一部分在各种工况下的运行状态。仿真结果验证了设计方案的正确性和可行性。搭建了一套样机,在样机上得到了较为理想的实验波形。     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

融合地形信息的车载复合电源控制方法研究

地形信息对复合电源能量分配具有较大影响,忽略地形信息的能量分配控制效果难以达到最优。搭建了动力电池-超级电容复合电源模型,通过实验对模型参数进行了辨识并验证了模型的有效性;融合路径高程信息,构建了结合道路坡度的车辆能量需求模型;运用模糊控制理论,开发了一种考虑地形信息的具有电池基准功率调节特征的复合电源能量分配控制方法。仿真结果表明:融合地形信息的控制方法能够降低电池峰值电流,在美国城市驾驶循环工况(UDDS)下使超级电容的使用时间延长了26.5%,制动回收能量提高了5.5%。     

基于变偏置力矩的双电机系统消隙控制方法研究

针对双电机驱动控制系统,提出一种基于电机电流的变偏置力矩消隙控制方法,根据电机的负载电流值及设定的转换函数w,动态输出偏置力矩以实现消隙控制与共同驱动控制之间的转换。同时,给出了转换函数中电流设定值的选取方法,该选取方法简便可行,为工程实际应用提供了理论依据。建立双电机驱动系统仿真模型对控制方法的有效性进行验证,仿真结果表明,采用变偏置力矩控制的双电机系统能够消除传动间隙;通过合理选取转换函数中的电流设定值,可降低静态下的电机间偏置力矩,从而降低系统能耗;偏置力矩的动态输出提高了双电机驱动系统的力矩输出能力。     

基于储能系统的光伏功率预测误差补偿控制

受天气等因素影响,光伏组件的输出功率为非平稳信号,波动性大,直接并网对电网冲击大。为保障光伏并网安全可靠运行,通过控制储能系统合理充放电平抑光伏功率。对光伏电站光伏组件输出功率进行小波包分析确定平抑目标功率,再结合化学电池和超级电容的频率响应范围,采用模型预测控制(MPC)算法控制全钒液流电池和超级电容组成的混合储能系统充放电,并在Matlab上进行仿真。仿真结果表明,此种分析方法及控制策略平抑效果较好。基于此种补偿控制方法确定电池容量,并把"M-界定"量化指标运用到描述电池能量波动,从而确定电池的最大充放电功率等参数。