中压多端口电力电子变压器技术研究

随着智能电网、能源互联网等电网技术的快速发展,多端口电力电子变压器成为交直流混合微电网的核心设备。相关理论和技术的研究得到了越来越广泛的关注。但是,从总体而言,多端口电力电子变压器的技术并不成熟,还有很多需要深入研究的地方。文中主要总结了电力电子变压器不同的拓扑和控制算法,提出在不同的应用场合下如何选取合适的拓扑和控制算法。通过分析多端口电力电子变压器发展历史,对多端口电力电子变压器的电路拓扑、成本、效率、可用率以及控制算法等进行了分析和对比。总结在不同应用场合下如何选取合适的系统拓扑和控制算法。最后对多端口电力电子变压器的发展趋势进行了总结和展望。     

基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器

适用于直流配电网的电力电子变压器(PET)需要中压直流端口,而现有基于模块化多电平换流器(MMC)结构的PET拓扑可同时提供中压交流、中压直流、低压直流和低压交流端口,但这类PET需要四级电能变换,使得电路结构复杂,体积和重量较大。文中提出了一种适用于直流配电网的多端口MMC谐振型PET拓扑。该拓扑采用混频调制策略,同时在MMC桥臂支路中并联一组LC谐振支路、中频变压器和全桥电路实现中压直流和低压直流端口的功率解耦输出。该PET拓扑仅使用三级电能变换即可提供所需的多端口特性,具有电路结构简单、体积重量较小等优势。针对该PET拓扑,提供了等效电路分析、控制策略和参数设计方法。最后,通过仿真和实验结果验证了该PET拓扑的可行性。     

基于电力电子变压器的能量路由器研究

能量路由器作为能源互联网的核心部件,为分布式电源、分布式储能和负载提供了即插即用的接口并使之与电网互联,需要针对能量路由器的电路设计与控制实现进行深入分析。提出了一种基于电力电子变压器的能量路由器拓扑结构,并给出了适用于该结构的一种分层控制方法,详细分析了并网和孤岛运行下的能量管理策略,实现了能量路由器中的能量协调控制。最后通过仿真分析验证了所提出方法的有效性。     

多端口级联式电力电子变压器可靠性评估模型及其应用

多端口级联式电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)是未来实现多电压等级、交直流混联形态配电网的核心设备,其可靠性对于配电网可靠性水平影响较大。首先分析了多端口级联式PET典型拓扑结构及工作原理。其次基于工程可靠性原理研究建立了考虑器件冗余的PET可靠性评估模型。然后分析了PET对交直流混合配电网可靠性的影响。最后针对某"手拉手"结构交直流混合配电网进行算例分析。计算了PET不同设计模式、冗余度下的可靠性水平。进行了PET对交直流混合配电系统可靠性的影响及其灵敏度分析,验证了所提算法的正确性和有效性。     

五端口能源路由器控制策略研究

随着可再生能源技术的发展,传统的电力系统无法满足未来供电多样化、能量多向流动的技术要求。为了实现可再生能源的大规模消纳,我国正在积极发展能源互联网。能源互联网的核心装置是基于电力电子技术的能源路由器,能够实现给不同的可再生能源装置和不同负载提供灵活多样化的电气接口,还可实现能量的多向流动和对功率流的管理。文中对应用于中低压交直流电网且结合了储能装置的能源路由器进行了研究。为了满足中低压交直流互联功能与储能功能,所研究能源路由器由模块化多电平变流器(MMC)、双有源全桥变流器(DAB)、低压逆变器与双向储能变流器构成。文中对该能源路由器的控制策略进行了研究,设计了各级控制器的结构与控制器参数,并在各级自身控制策略的基础上,提出了功率前馈控制策略以减小直流端口的电压波动,并进行了仿真验证。     

面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器研究综述

多端口电力电子变压器作为交直流混合配电系统的一种关键枢纽设备,具备能量流动双向、潮流灵活调节、谐波无功可控和端口故障隔离等功能,近年来得到越来越多的关注。针对面向交直流混合配电系统的多端口电力电子变压器,层层深入推演了其拓扑结构的发展历程,从图论的角度归纳出星型和串型结构,从公共能量汇集环节形式的角度归纳出共直流母线结构和高频耦合的结构。然后,对比分析了不同拓扑结构的优劣势,并给出实际交直流混合配电系统不同需求下的拓扑结构选取原则。进一步地,总结了多端口电力电子变压器在仿真、设计、控制与保护方面的应用挑战,进而展望了未来的技术发展方向。     

电力电子变压器直流端口传感器位置选取方法

为了保证电力电子变压器端口故障切除快速响应,在直流端口侧会配有直流固态开关。而当电力电子变压器直流端口电压已经建立,在固态开关闭合瞬间,电力电子变压器直流端口的电容会对固态开关内电容进行充电,在考虑线路阻抗特性情况下,直流端口传统位置的电流传感器会由于线路阻抗和固态开关中电容产生振荡,严重会引发过流保护整机闭锁。文中对电力电子变压器直流端口进行建模分析,简化成RLC电路串联响应特性,对电力电子变压器直流侧的电流振荡波形展开分析,并提出了电流互感器测点优化选取原则,仿真和试验验证了所提理论的正确性。     

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。     

多端口能量路由器协调控制方法研究

针对多端口能量路由器中各个功能单元的作用,设计了每个端口的局部控制策略,根据能源网络框架,采用分层控制策略,将控制框架分为调度层、能源子网层和端口本地层三层,根据上层控制将能量路由器划分为六种稳定运行状态,从而实现工况的无缝切换.最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建直流楼宇能量路由器系统仿真模型,选择一天中的三个典型的时间场景进行模拟,通过对仿真波形的分析验证了所提拓扑结构和控制策略的有效性.     

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.     

基于电子电力变压器的自平衡牵引变压器

为了减小电力牵引系统对电网的负面影响,基于电子电力变压器的设计思路,研究设计了一种具有自平衡能力的牵引变压器。通过采用级联多电平技术和交错并联技术,既较好地解决了电力电子开关器件的电压和电流定额与配电系统匹配问题,又同时解决了阻止向一次侧电网注入负序分量问题;设计的牵引变压器采用基于载波移相技术的控制方案即网侧采用功率因数可调的解耦双闭环直接电流控制,负荷侧采用确保各相输出电压独立恒定的相间独立的电压有效值反馈控制。用Matlab/Simulink环境下建立模型的仿真结果表明:所提出的自平衡牵引变压器无论二次侧两相负荷是否一致,都可保证一次侧三相电流对称,并减小了负载谐波对电网的污染。     

电力电子变压器的内部能量流动协调控制策略

在电力电子变压器(PET)中,当级联H桥(CHB)和双有源桥(DAB)变换器的动态响应特性差异较大时,高、低压直流母线电压容易出现大幅波动。为解决此问题,文中提出了一种基于PET内部能量流动的协调控制策略。该策略由基于直流母线能量总和调节的CHB控制和基于直流母线能量协调的DAB模型预测控制这2个部分组成,能够将PET直流母线储能总量的波动定量地分配给高、低压直流母线共同承担,以使所有直流母线能量的相对偏差的平方和达到最小。该策略简化了PET闭环控制系统和控制参数设计的复杂性,能够提升直流电压的动态响应性能,并且通过补偿控制的方法有效抑制了DAB中的二次功率传输。理论分析表明,所提控制策略对于电路参数的不一致有较强的鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

含多端口能量路由器的多能互补系统故障保护功能测试研究

针对某区域用电负荷存在严重的季节性过载现象,以及可再生能源存在功率波动大、稳定性较差的问题,研制了多能(含水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统.综合考虑当地多场景运行,解决了季节性过载问题,实现了能量的合理配置与利用.首先,对比分析选定能量路由器各端口变换器的拓扑结构;然后,对多场景下的工作模式进行介绍;最后,对含能量路由器的多能互补系统进行故障保护功能测试.测试结果表明,该系统具有较好的故障保护功能,有效实现了不同场景下的工作模式切换,直流母线电压稳定以及上层功率指令跟踪等功能,解决了当地用电负荷季节性过载和可再生能源功率波动较大的问题.     

自平衡电子电力变压器

提出一种基于级联多电平结构，具有自平衡能力的电子电力变压器(A-EPT)，其高压侧采用单相全桥级联技术，低压侧采用交错并联技术，并根据其结构特点提出一种简单有效的控制方案。在该控制方案中，通过采用载波移相技术提高了等效开关频率和输入性能；通过引入相移补偿信号，避免了级联模块间的直流电压不平衡问题。对所提出的A-EPT进行建模和仿真，并与常规变压器的运行状况进行对比分析。仿真结果表明：A-EPT能够很好地实现当变压器任何一侧系统出现电压或电流不平衡时，另一侧系统仍然能够自动保持本侧系统的电压或电流平衡，并且调节过程短，比常规变压器具有更好的性能。