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。     

一种交直流混合微网能量路由器及其运行模态分析

为更好协调和控制交直流混合微网间能量传输,提出一种交直流混合微网能量路由器。建立所提出能量路由器数学模型,分析该能量路由器不同工作模态时级联整流级相量关系,并推导各混合运行模态限制性条件。针对该交直流混合微网能量路由器,提出相应控制策略,可实现H桥级联整流电路各级独立在AC-DC、DC-DC、DC-AC运行模式间无缝切换以达到交直流混合微网间能量的统一协调与管理。同时,减少了各微网间电力电子变换器的使用,提高各交直流微网间能量传输效率。仿真与实验结果验证了该交直流混合微网能量路由器电路拓扑的实用性及各运行模态时控制策略的正确性与有效性。     

基于双自适应参数混合微网虚拟同步机控制策略∗

交直流混合微网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制,常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节,对此提出一种基于交、直流微网功率传输原则的虚拟同步机控制(Virtual Synchronous Generation,VSG)策略,建立其小信号模型,分析转动惯量及阻尼系数对控制系统稳定性能的影响.针对传统VSG无法抑制交直流微网功率交换过程中的功率振荡,提出一种采用双自适应虚拟参数的VSG控制策略用于交直流混合微网AC/DC接口变换器控制系统,并通过小信号模型分析法确定额定虚拟参数取值范围.最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提方案可有效提高混合微网AC/DC接口变换器控制系统性能.     

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。     

微电网故障下三相电压型并网变换器瞬态行为分析

三相电压源型变换器(VSC)是交直流混合电力系统中重要的功率接口装置。交直流混合系统存在诸如电网侧故障或直流侧负载变化等扰动,对其中功率接口变换器造成难以预计的影响。着重研究微电网故障时并网变换器的瞬态响应过程及其机理。首先,给出了电网三相电压暂降时三相电压源型变换器的失稳的瞬态响应现象。然后,通过非线性分析揭示了该不稳定现象的物理本质,并通过系统建模计算给出了系统参数空间中的稳定域范围;最后,通过微电网与变换器仿真验证了分析计算的有效性。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

交直流混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略

针对交直流混合微电网系统间功率动态平衡以及分布式电源利用率不高的问题,提出一种适用于混合微电网互联变换器功率流动的柔性控制策略,所提策略无需通信且可灵活分配功率。首先,对交流子微电网与直流子微电网所连分布式电源采用的下垂控制方式进行详细的分析。然后,针对互联变换器需维持交流微电网侧频率与直流母线电压的稳定以及功率双向传输的特点,对混合微电网交直流接口的虚拟惯性进行分析,推导出交流频率与直流电压之间的线性耦合关系,以实现交直流两侧功率的相互支撑。最后,在DIgSILENT软件上建立典型的交直流混合微电网模型,验证了所提互联变换器功率控制方法的有效性。仿真结果表明,在离网情况下采用所提控制策略时,互联变换器可较好地维持交直流两侧功率平衡并提升电能质量,充分利用了分布式电源的功率调节能力。     

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。     

交直流混合微网功率控制技术研究综述

微网是解决未来智能电网系统中大规模可再生能源接入问题的重要手段,其中,交直流混合微网兼顾了交流微网和直流微网二者的优点,将成为未来微网发展的主流。微网中通常采用电力电子变换器作为微源进行电能变换的接口,如何实现接口变换器之间功率合理配置是微网控制系统的重要目标。文章从交直流混合微网3个组成部分(交流子微网、直流子微网、交直流互联变换器)出发,对相应的功率控制技术进行了全面的阐述;总结并归纳出交流、直流子微网功率控制技术的通用之处和各自特点。最后,结合未来智能电网的特点,对交直流混合微网未来关键技术进行了讨论和展望。     

并网型级联H桥变换器直流电压平衡和功率均衡控制策略

通过建立级联型H桥变换器的数学模型,详细分析了各个H桥之间直流侧电压、传输功率产生不平衡的原因和机理,并提出了一种新的基于调制波矢量重构技术的电压平衡和功率均衡控制策略。该方法在传统级联型H桥变换器双闭环控制以及直流电压平衡控制的基础上,通过引入调制波矢量误差分量对初始调制波矢量进行重构,不仅保证了直流侧电压平衡,而且能够使得各个H桥之间有功功率按需分配、无功功率等量分配。同时,基于线性调制理论,所提方法与直接修改调制比的电压平衡方法相比具有更宽的约束范围,能适用于更大负载不平衡度工况;MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

混合微电网虚拟联合谐波抑制器控制策略

针对混合微电网谐波的频次丰富及在交直流侧相互传递等特点,提出了虚拟联合谐波抑制器的控制策略。以混合微电网中互联接口变换器的拓扑结构为主体,结合直流有源滤波器构成虚拟联合谐波抑制器,控制三相H桥的通断以生成交流侧谐波补偿电流,同时通过控制子网间功率流动和适时启动直流有源滤波器抑制直流纹波。搭建了MATLAB/SIMULINK仿真模型,结果表明,该控制策略在进行交流子网谐波补偿的同时,对直流母线电压纹波实现了二次补偿,实现了交直流侧谐波抑制系统的协同运行。该策略最大限度利用了互联接口变换器的容量,可降低装设谐波治理装置的成本。     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。     

交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制

交直流混合微电网中的接口变换器对于系统的稳定运行和功率的协调分配有着重要的作用。提出了一种接口变换器的双向下垂控制方法,分别采用变换器两侧的交流母线频率和直流母线电压对交流、直流微电网的电能需求程度进行衡量,确定变换器传输功率的大小与方向。控制架构中包括直流电压-有功功率和交流频率-有功功率两个下垂环节,并将二者输出之差作为接口变换器的功率参考值。同时,为了减缓下垂控制导致的电压或频率的跌落,在下垂控制基础上设计了恢复控制策略,以提高交直流混合微电网的电能质量和可靠性。这种双向下垂控制可以更精确地协调交流与直流微电网之间的能量传输,实现分布式能源的充分利用。利用DigSILENT软件搭建系统仿真模型,验证了控制方法的正确性。     

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。     

基于PET控制特性的交直流配电网直流侧低频振荡分析

随着新能源、储能和柔性直流技术的发展,交直流混合配电网逐渐成为未来配电网的重要发展方向,大量电力电子设备接入给配电网带来了低频振荡等动态问题。为深入研究交直流混合配电网直流侧低频振荡问题,文中根据交直流配电网系统实际工程应用,对电力电子变压器主阀塔中的H桥串联和隔离型双向有源桥结构、三相逆变器以及三相Buck变换器等关键环节进行详细建模。通过时域仿真,复现了该交直流配电网实际工程中直流侧的4 Hz低频振荡现象,验证了所建数学模型的正确性。基于所建数学模型对功率和控制器参数等关键影响因素进行了定性分析,最终得出结论如下：功率水平、Buck环节电压环控制参数影响系统稳定性;Buck环节电流环积分系数影响振荡频率。     

用于分布式发电接入的交直流叠加配电网结构分析

针对分布式发电(DG)并网问题,提出了一种包含分布式发电、Z型变压器、变换器、超级电容、交流负荷和直流负荷的交直流叠加配电网拓扑。分布式发电以直流形式通过直流电压变换器和Z型变压器作为接口接入网络,使得线路同时传输直流和交流功率。为了验证交直流叠加情况下Z型变压器不会出现饱和现象,利用Ansoft软件对Z型变压器进行了磁场分析,得到Z型变压器的局部最大磁感应强度为1.73 T,硅钢片的饱和点为1.7 T,Z型变压器未出现过饱和现象。考虑到分布式发电具有输出电压较低、非连续和不稳定的特点,引入电压反馈环节控制直流电压变换器,保证线路上直流电压值恒定为1.64 k V。为了平衡分布式发电出力和直流负荷需求,引入超级电容和交直流双向变换器组成的储能系统用于调节能量平衡、作为直流功率和交流功率的桥梁,当系统发生故障时保证对负荷持续可靠供电。最后采用Matlab/Simulink仿真验证了该交直流叠加配电网系统的可行性。     

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%。     

基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。     

三相不平衡的单/三相交直流混合微网能量协同管理策略

针对三相不平衡的单/三相交直流混合微网,直流微网内分段下垂的自治分布储能系统和交直流微网接口变换器的区域电能均衡的能量管理策略被分别设计以实现均衡功率和提高可再生能源利用率。首先,单/三相交直流混合微网的拓扑结构及其功率交换模式被建立。然后,针对基于分段下垂曲线的储能系统易出现的局部环流、难以实现分布式电源和负载即插即用等问题,设计了一种动态均衡的荷电状态一致性策略。提出了计及恒功率交互、混合微网电压、频率稳定性,基于分段下垂的自治分布储能系统与区域电能均衡策略的协调控制方法。最后,通过仿真和实验验证了所提能量管理策略的有效性。     

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。