基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

三角形模块化多电平DC/DC变换器研究

DC/DC变换器是双母线直流微网中的接口变流器,在能量转换中起重要作用。因传统DC/DC变换器具有器件应力高,电压增益低等缺点,导致其不适用于中高功率场合。模块化多电平DC/DC变换器通过模块串并联方式降低器件应力,提高电压增益,适用于中高功率场合。本文以三角形模块化多电平DC/DC变换器作为研究对象,对电路拓扑结构与工作原理进行分析,该电路所有模块可实现均压均流,电路功率均分至各个模块。针对电路中变量相互耦合的关系,研究设计解耦控制策略,实现两级间的变量解耦;针对非交错调制方式下电压纹波大的特点,提出不同级间交错调制方式,在所提方式下电路拥有良好的动静态性能,并且可以有效降低输出电压纹波。通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果验证了解耦控制策略及调制方式的可行性及有效性,提高了电路动态特性及输出直流电能质量。

基于潮流追踪模块度的虚拟微电网分区规划

虚拟微电网是一种向着智能化方向升级传统配电网的新方法,现有的虚拟微电网分区研究大部分聚焦于自身拓扑结构,同时,分区过程较为独立且对于虚拟微电网安全性的考虑不足,更为合理的虚拟微电网分区方法对于提高系统稳定性有着巨大的意义。文中首先提出了虚拟微电网的双层分区规划框架,在分区规划与可控分布式电源配置同时进行的基础上,协调故障情况下的可削减负荷与可控分布式电源。随后,建立基于潮流追踪的模块度指标,该指标作为上层模型的主要目标函数的同时,还可以在一定程度上评估各分区的能源利用率。接着,在满足各类约束的基础上建立了与双层框架相对应的上层与下层数学模型。最后,在IEEE 33节点模型中对8种分区方案进行层层优化筛选,得到了两种在上下层模型中目标函数最优的方案,二者在区域内能源利用率和用户负荷削减体验方面各有优劣,验证了所提方法的正确性与有效性。

基于低频中压交流互联的网格化混合微电网结构及其关键装备

为了解决逐年增加的可再生能源发电与负荷分散集成导致的配电网功率倒灌以及电能质量问题,提出一种基于低频中压交流(low-frequency medium-voltage alternating current,LF-MVac)互联的网格化混合微电网结构,所提结构在能够实现潮流调控的基础上,还具备灵活组网能力及能更好地利用现有基础设施等优势。此外,设计了一种隔离型模块化多电平矩阵变换器(isolated modular multilevel matrix converter,I-M3C),给出了其拓扑与调制策略,建立了I-M3C平均电路模型,设计了基于双dq坐标变换的I-M3C控制策略,实现了中压交流(medium-voltage alternating current,MVac)、LF-MVac以及低压直流(low-voltage direct current,LVdc)3个端口之间的能量转换。最后,搭建了基于LF-MVac互联的网格化混合微电网仿真平台,证明了所提关键装备的有效性及相关理论分析的正确性。

基于子模块电容能量波动的MMILC下垂控制策略

交直流混合配电网中,孤岛模式下互联换流器(interlinking converter,ILC)具有实现配网间功率平衡、维持交流频率和直流电压稳定的作用。模块化多电平互联换流器(modular multilevel interlinking converter,MMILC)作为ILC的拓扑之一,具有谐波特性好、波形质量高、开关损耗低等优势。文中提出一种适用于MMILC的两级式下垂控制策略,首先基于子模块电容能量波动特性建立了适用于MMILC的新型交直流侧统一下垂特性;然后推导得出了MMILC直流侧电压与等效子模块电容电压间的数学关系,使MMILC仍可通过直流电压偏差进行功率调节,同时设置了下垂特性曲线的死区和最低允许运行范围;最后,分别对MMILC在不同负载模式和过载情况下的控制性能进行了仿真。仿真结果表明,所提出的MMILC两级式下垂控制策略可以自动平衡不同负载模式下交直流侧配网的功率偏差,过载情况下可以瞬时闭锁,验证了控制策略的正确性和有效性。

分布式电源与微网互联通用接口单元

研究设计了一种通用的分布式发电单元与微网互联接口单元,将分布式电源与微网互联接口分成功率接口和信息接口2个部分,分析并阐述了这2个接口的作用与设计方法,提出了即插即用的分布式电源与微网互联接口模型。针对微网运行需求,分析了互联模型的5种运行模式,并通过设计的互联接口单元对运行模式及其切换进行了实际测试。结果表明所设计的模块化互联接口模型具有可扩展、技术独立的特点,能灵活地满足不同分布式发电单元与微网互联的要求,很大程度上提高了分布式电源与微网互联的标准性、灵活性。

模块化多电平变流器半桥串联结构微电网输出特性分析

为克服传统交流微电网输出电压谐波含量高和对外电网谐波污染严重等问题,研究一种基于模块化多电平变流器(MMC)半桥串联结构的微电网,即将微源、交直流变流器及储能装置等组成的发电单元接入MMC子模块直流侧构成三相逆变系统,再通过交流母线接入滤波器、保护装置及负载等组成微电网。基于系统孤岛运行等效电路,建立系统输出电压数学模型,并以此为基础对系统输出特性进行了详细分析。针对输出电压波动、能量调度和微源输出功率协调等问题,提出相应的解决方案,并在Simulink中搭建了系统模型。仿真及实验结果证明了理论推导和分析的正确性,验证了该微电网拓扑的可行性及有效性。

可编程模块化低压交流微电网实验平台设计

为解决微电网实验平台体积大、成本高等问题,设计和搭建了模块化、低成本、可编程的低压交流微电网实验平台。实验平台由分布式电源、线路和负载三部分构成,可以模拟分布式电源经传输线路向负荷点供电的微电网系统。详细介绍了分布式电源的硬件电路设计和软件构成。分布式电源可通过编程运行于恒压恒频模式或下垂控制模式,模块化设计可实现多个分布式电源组网运行,并降低实验平台成本。实际运行结果表明,该平台能够保障实验安全,加深学生对交流微电网及其运行模式的理解,并锻炼学生的实践能力。

模块化多电平直流变压器研究

针对直流配电网系统,文中提出一种模块化多电平直流变压器结构,该结构仅采用一个高频变压器实现电气隔离和电压匹配,大幅度简化了原副边绝缘设计。为了提高变流器效率并实现模块电压的均衡,文中提出一种双移相控制方法。文中详细介绍了模块化多电平直流变压器的工作原理及控制方式,并分析功率器件的软开关特性。为了验证所提结构的可行性,文中基于碳化硅器件搭建了一台2k W样机,实验结果跟理论分析非常吻合。

基于变分模态分解法的MMC半桥串联结构微电网微源功率协调控制

MMC半桥串联结构微电网孤岛运行时,需独立调节各发电单元的输出功率以提高微源利用率,为此提出一种基于自适应变载波层叠调制的微源输出功率协调控制方法。分析各载波对应发电单元的输出功率,并根据一个周期内的投入时间推导出其平均功率。结合电压波动标准,采用变分模态分解提取随机性微源输出功率的低频分量,以此作为各微源的有效输出功率。根据功率大小调整各发电单元对应载波的等效占空比,实现输出功率自适应控制。仿真及实验结果表明,所提出的功率协调控制策略能有效提取随机性微源功率低频分量,并依据功率大小调节各发电单元输出功率,提高了微源利用率。

一种新型模块化交直流混合微电网拓扑优化设计及研究

微电网是促进分布式电源与可再生能源大规模接入电网的有效手段。针对微电网模块化接入及与大电网友好互动的设计运行需求,提出一种利用背靠背变流器对交直流混合微电网进行模块化封装组网拓扑,并研究了该拓扑多目标、多状态运行控制策略。通过合理设计蓄电池-超级电容器混合储能系统结构及在微电网中接入位置,蓄电池和超级电容器可发挥各自优势为微电网多模态运行提供快速功率/能量支撑。仿真分析表明,所提出的模块化微电网组网拓扑及其运行控制方式是切实可行的,不仅使得并网/孤岛双模式无缝切换成为微电网自然属性,同时还可实现微电网整体有功/无功精确调度,使得微电网成为多特性电源/负荷模块与大电网进行"友好"功率交互。

基于MMC-SST的楼宇微网架构及其控制策略

传统的楼宇微网架构采用常规电力变压器接入电网,这种形式已经逐渐不能适应楼宇微网中分布式电源和敏感性负荷增多的趋势。由此,提出了一种基于模块化多电平变流器型固态变压器(modular multilevel convertersolid state transformer,MMC-SST)的新型楼宇微网架构。该架构中MMC-SST具有体积较小、可控度高、交直流接口兼具等优势,不仅能协调楼宇微网和配电网之间的能量流动,还能改善系统的电能质量,更符合楼宇微网的发展需求。MMC-SST的基础级采用了内模控制(internal mode control,IMC)方法,其简洁性、可调控性和鲁棒性均优于传统的基于dq解耦的PI控制。仿真结果验证了该楼宇微网架构在电能质量治理方面的优越性,其内模控制策略相对于PI控制具有更快的响应速度和更强的抗扰动性。

基于分散PV-BES协调架构的孤岛直流微网电压控制

提出了一种用于即插即用微网的分散光伏-电池储能(PV-BES)协调控制方法。当电池储能单元因荷电状态(SOC)限制或充放电功率限制而达到饱和状态时,光伏发电单元可以在直流母线电压控制下运行。模式转换和功率共享基于一种无通信的方式。通过绕过通信,微网(MG)系统可以变得更加灵活可靠。所设计的控制系统分别包含光伏变换器和BES变换器的控制器。PV变换器控制器可以实现最大功率点跟踪控制和下垂控制之间的无缝模式转换。BES变换器控制器具有高通滤波器路径解耦的特性,在发电主导模式下可改善MG动态性能。BES高通滤波补偿克服了PV主导模式下动态性能差的问题,使系统对PV参数变化具有更强的抵抗能力。最后,仿真和实验结果验证了这一方法的有效性。

基于模块化微电网并联系统

以微电网为研究对象,微电网作为分布式发电新的运行方式,能够有效地协调分布式电源与大电网之间的矛盾,因此成为智能电网的重要分支,具有重要的研究意义和实用价值。研究基于储能双向逆变器的微网双模式平滑投切控制策略,实现了运行模式切换暂态过程的平滑过渡。将TI公司的DSP28035单片机作为控制核心,采用主从控制的方式,通过驱动芯片IRS2003S驱动IRFR3410型MOSFET管实现逆变,设计基于模块化的微电网并联系统,所得系统能以数字信号处理(DSP)作为核心控制单元,协调几个逆变单元的输出电流一致,以达到去除环流的目的。

基于MMC-PET的直流微电网综合控制策略

为提升智能配电网电能质量,提出一种基于模块化多电平型电力电子变压器的直流微网构架及其综合控制策略,对分布式电源并网方式进行简化,设计MMC-PET及风光储系统的控制器,对智能配电网中电压深度跌落、三相不平衡等电能质量问题进行治理。在PSCAD/EMTDC平台搭建基于MMC-PET的直流微网风光储系统仿真模型,进行仿真分析总结,结果表明该方法很大程度地提高了新能源接入适应性,具备更快的动态响应速度和更强的鲁棒性,能有效改善智能配电网电能质量。

基于分布式发电的模块化智能微网体系探究

微电网是一种将分布式发电、储能装置、交直流负载、监控保护装置等有机结合在一起的小型配电系统,通过与配电网的信息交换,可以大大提高配电系统供电的可靠性与灵活性。不断完善微网接入标准,实现微电网与配电网的协调控制与发展,提高电网运行的经济性,是未来电网的重要任务之一。文章讨论基于高校实训室的模块化智能微电网的系统结构、运行方式与能源管理。

一种新型模块化微电网的设计与研究

针对目前微电网建设中存在的投入产出比不高,缺乏可复制的技术模式的问题,提出了一种新型模块化的新能源微电网建设方案,核心思路是将微电网中的储能单元和配电装置模块化,采用工厂化生产和装配,便于整体运输,为微电网的建设提供便利条件,如缩短建设周期、减少系统调试工作量。在系统条件允许时,多个模块还可以级联组合,拓展成为更大容量的微电网,用于企业、园区和微电网型充电站降低微电网项目的占地面积,减少建设成本和用电成本,提升经济效益。

微电网建模与控制理论综述

微电网技术自诞生以来,就以高效智能、安全环保的特征,受到国内外各行业的广泛关注。在经历了超过15 a研究后,微电网逐渐形成了多能源互补供能、多模式灵活运行、低惯性快速并网、高智能协调控制等优势。作为未来智慧能源互联网的基本"网元",微电网建模与控制技术在智能电网研究中意义重大。调研了当前新建和已投运的微电网示范工程,归纳了微电网模型搭建和运行控制两方面的最新研究成果,最后结合全球能源互联网和智能配电网背景对微电网研究进行了技术展望。

微电网规划设计关键技术分析与展望

微电网可以促进新能源消纳,对推动低碳经济发展具有重要战略意义。微电网规划设计是其安全、可靠、经济运行的重要保障,基于国内外微电网规划设计相关研究成果与最新进展,总结评述了微电网规划不确定因素处理、多目标规划方法、规划-运行联合建模以及规划求解算法的技术特征和研究现状。在此基础上,针对大规模微电网接入对配电网规划产生的影响,提出微电网-配电网协同规划思路以及需要重点关注的技术问题;针对微电网复杂规划问题,提出微电网分层分区和模块化设计理念,降低微电网工程设计难度和建设成本,提高建设效率。