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电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究

时间:2017-11-14 8:10:33 点击:52

  国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)的研究人员兰征、涂春鸣等,在2015年第23期《电工技术学报》上撰文,针对应用于交直流混合微网的电力电子变压器(PowerElectronicTransformer,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能准确快速的调节主网、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,证明了本文所提控制策略的正确性。

  分布式能源(DistributedEnergyResources,DER)的入网需求推动电力系统不断发展,微网是实现大规模间歇式DER接入的有效解决方案。DER采用直流形式接入,可以节省大量的换流环节,并且不需要进行相位和频率跟踪,可控性和可靠性将大大提高。直流是DER理想的接入形式,近年来直流微网逐渐得到了人们的重视。然而,交流微网仍然是现阶段微网的主要形式,交流接入仍然会是DER并网的主要形式,故交直流共存的混合微网会是将来长期存在的微网结构。

  DER运行受制于自然条件,发电具有间歇性,大量DER的接入将使网络上产生双向功率流。公共联结点(PointofCommonCoupling,PCC)是配电网、交流微网和直流微网三者之间能量流动的中转站,PCC处的能量协调管理将至关重要,而实现功率的精确协调,需一台可靠的“能量路由器”。

  电力电子变压器(PowerElectronicTransformer,PET)由高频变压器和电力电子变换电路组成,由于具备高低压交流接口和直流接口,拥有变压、隔离和能量传输功能,可以成为“能量路由器”,实现对PCC处的能量协调管理。

  目前,对电力电力变压器的控制方法研究仅在于其基本控制,没有涉及和微网的协调运行,微网下垂控制方法也只考虑交流或直流一侧的电压信号,没有同时考虑到两侧信号对交直流微网工作状况的影响,文献[提出了两种近似的电力电子变换器的双向下垂控制方法,但是控制环节冗余,降低了系统的可靠性。

  本文主要研究电力电子变压器在交直流混合微网中的应用,研究了混合微网并网与离网两种模式下的运行策略。并网模式下控制PET主网接口处电流与电压同相位,而交直流输出接口则都控制为恒定的电压源。

  特别地,对于离网模式,提出混合功率下垂(hybriddroop)控制,能根据交直流微网接口处的频率和电压信息,结合交直流微网的下垂特性,得到交直流微网间需交换的功率。提出的控制策略能精确控制PET接口间功率的双向流动,调节主网,交流微网和直流微网三者间的功率分配,实现交直流混合微网的稳定运行。

图1PET拓扑结构图

  结论

  交直流混合微网将是未来长期存在的微网结构,本文针对应用于其中的电力电子变压器,分析了并网和离网两种运行模式,并相应设计了运行策略。

  并网模式下,控制输入接口PET,使交直流混合微网看起来为“阻性负载”或“电流源”;而在输出接口处,使PET看起来为恒定的电压源。特别地,对于离网模式提出混合功率下垂控制,协调交直流微网间功率,精确快速的控制功率流动。

  搭建了仿真分析模型,仿真结果表明在微网分布式能源功率波动情况下,PET能准确快速的调节主网、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,证明了本文所提控制策略的正确性。

  本文仅对DER功率变化的情况进行了仿真,对动态过程中交流微网频率和直流微网母线电压变化未进行深入分析,也没有对DER离并网时PET和微网的稳定性进行分析,这都是后期研究工作要涉及并解决的问题。

作者:编辑部 来源:中国变压器网
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