直流微电网DC/DC双向换流器时间-状态协调最优控制

高比例新能源接入的直流微电网已经成为研究的热点之一。针对直流母线电压控制问题,首先基于反馈线性化的方法对DC/DC双向换流器在升压和降压两种工作模式下分别进行了非线性建模,并分析了非线性系统一阶零动态的稳定性。然后针对所建立的非线性数学模型,提出了一种应用于DC/DC双向换流器的时间-状态协调最优控制策略。该控制策略分别选取时间最短和二次性能最优为性能指标,设计了时间最优控制器和最优状态调节器。为进一步实现两种控制器间互补协调,基于模糊控制理论引入自适应权重系数,以协调两种控制器间分配的比例,从而实现兼顾状态转移时间和状态调节过程双重优化目标的目的。最后,在MATLAB/SIMULINK中搭建了直流微电网仿真模型,验证了所提控制策略的有效性和可行性。

用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究

随着世界范围内大力发展直流电网,作为直流电网中关键器件之一的高压大容量DC/DC变换器的研究尤为重要。针对目前关于DC/DC变换器研究主要集中于中低压小功率场合的现状,该文首先从多个角度对直流电网用的高压大容量DC/DC变换器进行了需求分析;其次,对现有文献中提出的适用于直流电网的DC/DC变换器拓扑进行了研究,并将输入端串联输出端串联(input-series output-series,ISOS)结构和低压DC/DC变换器相结合,提出了用于直流电网中输入端和输出端均为高电压场合的ISOS型DC/DC变换器。比较分析了不同拓扑变换器的电压变比、开关器件的电气应力和故障处理能力等,为选择合适的高压大容量DC/DC变换器拓扑提供了依据。

超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

交直流混合微电网储能DC/DC及接口换流器协调控制

针对交直流混合微电网,提出一种接口换流器与直流侧电网储能DC/DC换流器的协调控制策略。不管系统工作在何种状态,储能DC/DC换流器始终进行电压控制以实现直流侧电压的零偏差,而接口换流器通过检测交直流混合微电网状态调节自身工作方式,实现微电网系统在并网及孤网模式下的稳定运行和2种模式稳定、快速的切换。通过计算机软件仿真及物理实验的验证,可以证明这种控制策略可以实现交直流混合微电网直流侧电压在孤网状态下的零偏差,并且运行与模式切换的稳定性良好。

含高比例分布式电源的直流配电系统故障恢复过电压机理及其抑制

针对直流配电系统故障恢复过程中出现的过电压问题,文章研究了该过电压的产生机理及其抑制方法。介绍了典型直流配电系统的拓扑结构,给出两种核心换流装备(两电平VSC和DC/DC换流器)在双极短路故障下的电流及电压故障特征。基于故障点隔离后的健全区系统等效电路,研究了故障恢复过电压机理及影响因素,揭示了故障存续期间各换流器电压跌落速度不一致是导致故障恢复过电压的根本原因。在此基础上,以保障换流器电压跌落速度相同和直流断路器开断容量为约束,提出各换流器出口限流参数匹配设计原则,同时兼顾限制故障电流和抑制故障恢复过电压效果。在PSCAD/EMTDC进行了仿真验证。

含新型虚拟电机的直流微网动态稳定性分析与自适应电压惯性控制

为了提升虚拟直流电机的电压惯量与阻尼支持能力,并进一步简化附加控制器结构,显著改善直流微网的动态稳定性,提出了一种新型的虚拟直流电机控制(virtual DC machine control,VDMC)。首先,将双向DC/DC换流器与直流电机进行类比,通过模拟直流电机的功率调节特性,得到适用于双向DC/DC换流器的VDMC模型。其次,通过对所提出VDMC进行改进,得到了更为简化的控制结构,并且具备更加优越的电压动态性能和惯性支撑能力。在此基础上,对改进后的虚拟电机设计自适应电压惯量调节控制技术,使其能够动态响应电压变化,进一步提高系统的动态稳定性。最后,根据阻抗比判据,理论分析所提VDMC对系统的稳定性支持作用,并通过时域仿真算例,验证所提控制策略的有效性。

适用于直流配电网的分布式光伏发电防孤岛方法

直流配电网可以实现分布式光伏发电的大规模高效接入,提高可靠性并降低接入成本。但是,直流配电网因仅有直流电压作为判断依据,且无法实施主动移频等方法避免检测盲区等原因,造成孤岛检测困难。文中给出适用于直流配电网的分布式光伏发电防孤岛方法,通过低频电压分量主动注入,并对该分量进行检测,实现直流配电网孤岛的无盲区检测。并能实现AC/DC接口换流器间的工作模式切换。仿真结果证明该方法可以正确、迅速地检测出直流配电网中出现的孤岛,并保证模式切换时不会发生误动作,同时证明了低频电压波动不会传递到DC/DC换流器的另一侧,不会影响光伏矩阵和其它直流设备的正常工作。

低压直流配电系统综合实验设计与仿真分析

直流配电系统由于技术和经济上的优势受到了广泛关注。为了使学生对专业核心课程有更全面的掌握,对低压直流配电系统综合设计实验进行了研究。通过对直流配电系统的运行机理进行分析,对其主要结构和功能模块进行了设计,基于MATLAB/Simulink仿真软件建立了各关键部件及系统的仿真模型,利用仿真形象直观地帮助学生理解各类电力电子变流器,并对不同运行工况下的电力系统运行特性进行分析,帮助学生更好地理解、巩固和拓展相关课程关键知识点,为激发他们的学习兴趣和创新思维打下良好的基础。

基于单端电流暂态量的柔性直流配电网保护及其整定

柔性直流配电网可以高效连接分布式电源和直流负荷。然而直流配电网双极短路故障时电流上升迅速且峰值高,如何通过保护间相互配合在短时内准确识别并切除故障区域成为亟待解决的关键问题。文中根据直流配电网中DC/DC换流器对暂态电流高频信息的边界效应,使用离散小波变换提取电流高频分量,进而构造一种通过保护定值进行配合的两段式单端量保护,可快速、可靠地识别故障区域。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建配有直流断路器的辐射状柔性直流配电网模型,仿真分析结果表明所提保护方法能快速、准确识别并切除故障线路。

一种基于柔性装置的配电网网架结构设计与研究

为了吸纳光伏、电动汽车、储能电池等分布式能源和实现配电网功率的优化分配,提出了一种基于电力电子柔性装置的交直流智能配电网网架结构。提出的结构采用电流源换流器(current source converter,CSC)连接不同交流配电网和交流分布式能源,采用电流源换流器-电压源换流器(voltage source converter,VSC)混合结构的DC/DC换流器实现分布式直流能源有效并网。分析了CSC和混合换流器的数学模型,提出了一种适用于交直流智能配电网网架结构的综合控制策略,实现了网架结构内所有换流器的单位功率因数运行。在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了基于柔性装置的交直流智能配电网仿真模型。仿真结果表明提出的控制策略能够实现所有换流器的单位功率因数运行。