三电平电流型推挽双向DC/DC变换器及工作特性分析

储能DC/DC变换器需要解决电池侧电流纹波和宽电压范围问题。本文研究了一种可用于电能路由器储能环节的三电平电流型推挽式双向DC/DC变换器,具有高增益、电流纹波小和宽输入电压范围的特征。以传输电感两端电压匹配为原则研究了采用脉冲宽度调制(PWM)加移相控制下的工作机理,深入分析了正向和反向工作模式。研究了占空比、桥间移相比和桥内移相比对功率传输的影响以及不同模式下的系统性能,以实现变换器的高效率功率传输。通过建立各功率管开通时刻的瞬态等效电路深入研究了功率管寄生电容、变压器励磁电感对实现软开关的影响。推导出开通时刻的准谐振方程,从而得到功率管实现软开关的条件,为参数优化设计奠定了基础。在3 kW实验平台上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。

电能路由器电气安全风险解析与关键试验研究

电能路由器是未来能源互联网的核心装备,但尚无对于其电气安全方面的测试标准。本文对于电能路由器风险源可能存在的情况进行了详尽的分类解析;重点针对电气安全列出了安全检测项目和指标,给出了电能路由器的测试系统,并根据应用场景制订了测试工况。

三端口直流能量路由器在TCM调制下的优化控制策略

针对应用于直流微电网的三端口直流能量路由器,分析了传统移相调制（conventional phase shift modulation,CPM）下各端口之间的能量路由情况。在此基础上,定量分析了CPM调制方式下电流有效值和系统通态损耗间的关系,揭示了较大的无功功率和电压不匹配时失去零电压开关（zero voltage switching,ZVS）是造成三有源桥（triple activebridge,TAB）轻载效率较低的主要原因;为此提出基于三角波电流模式调制（triangular current mode modulation,TCM）优化的控制策略,并分析其运行机理;推导了TAB变换器中各元件电压电流特性和功率传输特性,得出了通过使电感电流断续消除环流或非有功电流分量,从而减小通态损耗的方法;再者,探讨了负载功率波动或功率流向切换情况下直流端口电压的稳定控制方法。仿真和实验结果表明了TCM调制应用于TAB变换器的正确性和可行性。

基于交直流混合微网构架的电能路由器

研究了一种基于交直流混合微网构架的电能路由器,分析了其工作模式,并设计了相应的控制策略。对集成了分布式电源和储能单元的电能路由器系统,在并网和孤岛两种工作模式下进行了仿真研究,验证了本方案的有效性和可靠性。此外,通过在逆变器和储能单元控制回路中引入功率前馈补偿验证了通信机制在电能路由系统中的重要性。研究结果表明,电能路由器可以有效整合各种分布式电源,是一种有前途的可再生能源利用方案。

基于下垂移相的三端口直流能量路由器功率协调控制策略

针对应用于多个直流微网间互联的三端口直流能量路由器,分析了三端口直流微网的运行状态和能量路由器各端口的工作模式。在此基础上,分析了单母线直流微网传统下垂控制存在的问题和局限性;为此提出基于标幺化下垂移相的三端口直流能量路由器功率协调控制策略,实现能量在多个直流微网间的合理分配和减小各直流微网中的母线电压偏差;通过将单母线直流微网的电压-有功功率下垂特性标幺化,从而得到不同电压等级直流子微网间需交换的能量,无需切换三端口直流能量路由器端口工作模式便可确保各直流子微网在正常、不正常和功率故障状态下的功率支撑。仿真结果验证了所提下垂移相功率协调控制策略的正确性和可行性。

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。

含能源路由器的交直流网络潮流计算模型及可行解求取

基于电力电子技术的能源路由器是能源互联网中的关键设备。在分析电力网络能源路由器结构的基础上,提出了计及多种控制方式、适用于多种运行环境的能源路由器稳态计算模型,构建了含有能源路由器的交直流混合网络潮流计算模型,提出了考虑能源路由器调控能力求解混合网络潮流可行解的方法。基于改进的IEEE 30节点系统,验证了提出的能源路由器潮流计算模型和可行解求取方法的正确性和有效性,该模型和求解方法能满足能源路由器不同控制方式的需求,可适应交直流有源或无源网络。

基于能量路由器的交直流混合微网潮流计算

能量路由器是一种具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能的柔性装置,研究以能量路由器为配电枢纽的交直流混合微网潮流计算方法,对实现微网的稳定、优化运行具有重要的意义。本文通过分析建立针对各类控制策略的潮流特性,并考虑不同拓扑结构的损耗因素,建立了基于能量路由器的交直流混合微网的潮流模型;在此基础上依据交直流混合微网结构的划分,给出交流、直流网络及能量路由器的潮流方程,采用牛顿拉夫逊法进行交替迭代求解,最终通过改进的IEEE14节点算例及交直流混合微网算例对所提出的能量路由器潮流模型和算法进行了验证。测试结果表明,本文潮流模型能够合理地反映能量路由器不同控制策略下的稳态运行特性,且潮流算法适用于基于能量路由器的交直流混合微网的潮流计算分析。

“双碳”背景下电气新产品新技术的应用实施

目前新能源技术的快速发展与推动实施,电动汽车等直流负荷的大规模使用。基于传统建筑供配电系统对新能源的接入融合、直流负荷的使用更为节能等,提出以直流微电网系统为基础,构建直流电能路由器,同时结合智慧物联系统,助力于配电系统电能的高效分配,以实现建筑的绿色节能。

多能互补直流微电网在综合体园区中的策划初探

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分。相比交流微电网,直流微电网可更高效、可靠地结合光伏发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷,以微网、楼宇为自治单元,形成自下而上的能量单元互联,组成一个区域综合能源供给网络。通过上海某大型综合体项目的直流微电网设计应用,对直流微电网领域的相关技术进行了介绍,从应用角度对直流微电网拓扑结构、运行原理、经济效益等方面进行了分析归纳。

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。

基于电能路由器的交直流混合配电网潮流优化控制

为实现配电网的潮流灵活可控,提高供电质量,探索了一种基于电能路由器的交直流混合配电网架构,并设计了其潮流优化控制方案。作为该网架的核心装备,电能路由器一方面可取代传统配电变压器,实现中低压电力变换;另一方面具备中压直流端口,可实现多区域配电网间的直流互联,形成网状直流能量层,利用该直流功率流动,可优化控制整个配电系统的潮流。首先提出了基于电能路由器的交直流混合配电网架构;其次设计了该配电网的混合交直流潮流计算方法,并采用粒子群算法实现潮流快速解算与实时优化;最后,通过构建29节点的配电网仿真模型,以网络损耗和节点电压为优化目标,在正常工况和重载工况两种场景下,验证了文中所提出的配电网架构及其潮流优化方案的可行性和有效性。

楼宇光储直流微电网结构及控制

建筑屋顶较为适合安装光伏及其所构成的直流微电网,有助于新能源消纳以及提高用电负荷的供电可靠性。由于供电营业厅具有负荷简单、用电需求与光伏发电特性一致的特点,结合偏僻地区负荷供电可靠性低的现状问题,提出以偏远地区的供电营业厅为载体的并网型直流微电网。首先总结了供电营业厅的用电特点,接着以乡镇供电营业厅为例,提出一种适用于楼宇的并网型直流微电网应用的试点场景,介绍了直流微网拓扑结构和直流微网能量路由器的功能、结构以及功率控制策略。最后通过仿真验证了直流微网控制策略的有效性。结果表明,所提直流微电网的控制策略在微网并网状态以及孤岛状态均能够有效运行。

苏州同里新能源小镇的交/直流混合配电网潮流计算方法研究

苏州同里新能源小镇是一个集光伏发电、风力发电、储能、电动汽车、能源路由器等特征元件为一体的小镇。在传统配电网固有元件(变电站、配电线路、无功补偿、负荷等)的基础上,小镇配电网引入了新型的设备元件(分布式可再生电源、储能设备、电动汽车、直流负荷、能源路由器等),构成了交/直流混合配电网。目前交流配电网的潮流计算方法已经相当成熟,而直流配电网一般都采取闭环运行方式,故该方法无法在交/直流混合配电网中使用。本文根据含能源路由器等新型设备的交/直流配电网特点,将传统的牛顿拉夫逊法进行相应改进,分别对交流配电网和直流配电网进行潮流求解,通过作为接口的电压源换流器,进行交替迭代,直至交/直流网络均潮流收敛。该潮流计算方法将在同里新能源小镇的配电网实例中加以应用。

基于多端口电能路由器的楼宇直流微电网研究与应用

电力电子技术的日益成熟及分布式电源、储能和用户侧5G基站、电动汽车充电桩、数据中心、直流家用电器等直流负荷的广泛应用,推动了低压直流微电网的快速发展。本文提出基于多端口电能路由器的直流微电网典型拓扑结构,分析其光伏、风电、储能、交流电网及交直流负荷等多端口接入的功能,介绍直流配电系统保护策略及接地方式,并采用下垂控制方法,根据直流母线电压的变化,协调控制光伏、储能、交流电网、负荷之间实现主动式功率平衡。最后,搭建楼宇低压直流微电网系统,为楼宇内LED照明、风扇、空调、空气净化器及工业照明、充电桩、数据中心等直流负荷供电。运行及测试结果表明,该系统可实现源荷储即插即用的接入,提高清洁能源的利用率,并保持安全、高效、可靠的运行,具有实际推广应用价值。

基于电能路由器的交直流微网信息集成系统

电能路由器作为微网的"能量转换枢纽"与控制核心,能够为接入微网的各种分布式电源设备和负载提供标准化的电气与信息接口,保证微网内设备的无缝连接和即插即用。首先研究了以电能路由器为核心的交直流微网的信息集成系统;然后基于IEC61850标准构建了电能路由器信息模型,创建了双向功率变换器的逻辑节点,作为对IEC61850-7-420标准中功率转换装置的信息模型补充定义;最后研究了基于IEC61850的微网整体信息模型和信息交互方式。本研究成果丰富了微网系统的信息集成技术,为微网的运行调度和设备管理提供了可靠的支持。

基于能量路由器的多站融合工程交直流配电系统

多站融合工程中,变电站、数据中心站、光伏电站、储能站、充电站和5G基站的直流电源和负荷日益增多,现有配电系统难以满足多电压等级直流设备的接入,电能需要多次转换,配电效率较低。介绍了多站融合工程各站点对配电系统的要求,分析了传统交流配电系统方案和交直流配电系统方案的优缺点。在传统方案基础上,为了充分发挥直流配电系统和能量路由器的优势,提出了一种基于能量路由器的多站融合工程交直流配电系统方案。该方案可实现交直流电源系统的柔性互联及多直流电压等级输出,以提升系统的可靠性、灵活性和多功能性。论述了本系统的拓扑结构和运行模式,并提出了能量路由器和储能变换器的工作模式和控制策略。

电能路由器在交直流配电网中的优化

交直流配电网作为其中的一种重要配电网类型,在推动电力系统的发展具有重要的意义。研究交直流配电网,提出了电能路由器在交直流配电网中的优化途径,进而提高电能路由器的优化和提升,并提高电力系统的运行效率,为经济的发展提供更高的经济效益和社会效益。

直流市政供电系统的方案研究与设备应用

随着直流负荷日益增多,且直流电源占比越来越大,传统的交流供电网络已经难以适应现代智慧城市供电需求。针对市政供电不同场景,提出了多种直流配用电系统方案。给出了直流配用电系统设计方案,介绍了直流配用电关键设备,对典型的直流供电场景进行了分析,并列举了一些典型应用场景的拓扑结构。通过工程案例验证了该方案具有良好的应用和推广价值。

新型多端口电能路由器关键技术研究

目前的多端口电能路由器关键技术研究存在一定的端口电路信号输出冲突,导致电能路由器的自适应功率分配效率较低,且研究时间较长。针对该问题,提出一种多端口电能路由器关键技术研究。对多端口电能路由器直流母线的自适应功率分配特征进行检验并分析其内部需求,查找与其内部自动限流功能相关性较强的基础数据,在获取数据后执行内部关键技术研究,划分变换单元组合技术、端口插线技术、多端口装置协调控制技术以及通信与内部能量管理技术四个研究模块。实验表明,本研究路由器自适应功率分配效率高。