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&&&面向能源互联网的多端口双向能量路由器研究
面向能源互联网的多端口双向能量路由器研究
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value="近年来，随着全球电力需求的不断增长以及传统化石能源的日益匮乏，新能源技术和储能技术得到了快速的发展与应用，但可再生能源发电装置、储能装置以及电动汽车等不确定性电能负载的接入，使得传统的电力系统及电力设备无法满足供电形式多样化和能量多方向流动的需要，能源互联网的概念应运而生。本文对能源互联网的关键部分——能量路由器进行了研究，重点探究了其拓扑结构及协调控制策略。　　首先，本文给出了一种多端口双向能量路由器的拓扑结构，该拓扑主要由高压网侧变流器端口、低压交流负载端口和低压直流负载端口三部分组成，其中高压网侧变流器端口又由级联H桥变流器与双向隔离型半桥DC/DC变换器两个模块构成。文章分析了各端口的基本工作原理、控制方式和功率传输特点，并结合设计目标与软件仿真确定了主电路的拓扑结构及主要参数。　　其次，本文探究了一种分散自治的协调控制策略——系统无需一个集中控制器对各端口进行实时信息采集与功率分配，而是通过监测直流母线电压的相对变化趋势，判断系统内部的功率流动和实时能量平衡情况。以此为基本思想，本文详细介绍了各端口的控制策略:对高压网侧变流器的级联H桥变流器模块采用直接电流解耦和三级式直流稳压控制，对DC/DC变换器模块进行移相控制，以确保有功功率的动态平衡和直流母线电压的恒定;对低压交、直流负载端口均采取端口定电压控制，以提供标准化的交、直流接口。各端口变流器只需根据本端口信息和直流母线电压就可以实现完全的双向功率控制，进而实现整个路由器的分散自治控制，提高整个装置的可靠性和可用率。　　最后，在PSCAD/EMTDC环境下建立了多端口能量路由器的详细仿真模型，并对系统的启动过程，低压交、直流负载端口仅接入变化的负载，低压交流负载端口经逆变器接入附加的PV分布式发电，低压直流负载端口接入附加的PV分布式发电，低压交、直流负载端口均接入附加的PV分布式发电等不同运行工况进行了仿真与分析。仿真结果表明，本文提出的多端口能量路由器能够实现不同交直流制式、不同电压等级间的互联和双向能量流动，为交、直流负载侧提供了标准化接口，且当交、直流负载侧有分布式发电接入且输出功率较大时，能够自动实现高压网侧变流器端口与低压交、直流负载端口之间的双向功率传输，实现了“即插即用”。"/>
近年来，随着全球电力需求的不断增长以及传统化石能源的日益匮乏，新能源技术和储能技术得到了快速的发展与应用，但可再生能源发电装置、储能装置以及电动汽车等不确定性电能负载的接入，使得传统的电力系统及电力设备无法满足供电形式多样化和能量多方向流动的需要，能源互联网的概念应运而生。本文对能源互联网的关键部分——能量路由器进行了研究，重点探究了其拓扑结构及协调控制策略。　　首先，本文给出了一种多端口双向能量路由器的拓扑结构，该拓扑主要由高压网侧变流器端口、低压交流负载端口和低压直流负载端口三部分组成，其中高压网侧变流器端口又由级联H桥变流器与双向隔离型半桥DC/DC变换器两个模块构成。文章分析了各端口的基本工作原理、控制方式和功率传输特点，并结合设计目标与软件仿真确定了主电路的拓扑结构及主要参数。　　其次，本文探究了一种分散自治的协调控制策略——系统无需一个集中控制器对各端口进行实时信息采集与功率分配，而是通过监测直流母线电压的相对变化趋势，判断系统内部的功率流动和实时能量平衡情况。以此为基本思想，本文详细介绍了各端口的控制策略:对高压网侧变流器的级联H桥变流器模块采用直接电流解耦和三级式直流稳压控制，对DC/DC变换器模块进行移相控制，以确保有功功率的动态平衡和直流母线电压的恒定;对低压交、直流负载端口均采取端口定电压控制，以提供标准化的交、直流接口。各端口变流器只需根据本端口信息和直流母线电压就可以实现完全的双向功率控制，进而实现整个路由器的分散自治控制，提高整个装置的可靠性和可用率。　　最后，在PSCAD/EMTDC环境下建立了多端口能量路由器的详细仿真模型，并对系统的启动过程，低压交、直流负载端口仅接入变化的负载，低压交流负载端口经逆变器接入附加的PV分布式发电，低压直流负载端口接入附加的PV分布式发电，低压交、直流负载端口均接入附加的PV分布式发电等不同运行工况进行了仿真与分析。仿真结果表明，本文提出的多端口能量路由器能够实现不同交直流制式、不同电压等级间的互联和双向能量流动，为交、直流负载侧提供了标准化接口，且当交、直流负载侧有分布式发电接入且输出功率较大时，能够自动实现高压网侧变流器端口与低压交、直流负载端口之间的双向功率传输，实现了“即插即用”。
摘要： 近年来，随着全球电力需求的不断增长以及传统化石能源的日益匮乏，新能源技术和储能技术得到了快速的发展与应用，但可再生能源发电装置、储能装置以及电动汽车等不确定性电能负载的接入，使得传统的电力系统及电力设备无法满足供电形式多样化和能量多方向流动的需要，能源互联网的概念应运而生。本文对能源互联网的关键部分——能量路由器进行了研究，重点探究了其拓扑结构及协调控制策略...&&
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期刊申请加入，请致电023-咨询交直流混合微电网稳定运行控制--《天津大学》2014年博士论文
交直流混合微电网稳定运行控制
【摘要】：交直流混合微电网中同时含有交流和直流母线，可充分接纳不同类型分布式电源及储能系统，利用较少的能量变换装置分别满足直流和交流负荷需求，整个系统具备较高的能量转换效率、经济性和可靠性。稳定运行控制一直是微电网领域内的研究热点，本文围绕交直流混合微电网稳定控制的相关技术进行深入细致的研究，主要工作如下：
（1）针对基于公共直流母线的分布式电源供电系统，研究了基于双向DC-AC变流器和基于双向DC-DC变流器的两种直流母线电压控制方式，提出诸如基于功率平衡及一阶微分环节相结合的改进电压环前馈补偿方法，DC-AC电流环死区补偿及DC-DC电流环稳态占空比补偿等解决措施。理论分析和实验结果均表明所提方法能有效抑制大扰动下直流母线电压冲击和波动，保证暂态时分布式电源供电系统功率动态平衡。
（2）探讨了交直流混合微电网中直流母线电压控制问题，提出了基于非线性干扰观测器的直流母线电压控制方法。此外本文还详细分析了直流线路阻抗、直流母线电容量变化及直流侧DC-DC控制系统对所提出的直流母线控制方法的影响。理论分析和实验结果表明非线性干扰观测器的应用不仅能有效抑制暂态直流母线电压冲击，还可避免直流微电网中分布式电源的DC-DC控制系统和交直流微电网接口DC-AC控制系统间的高速通信，有利于直流微电网内分布式电源的扩展和即插即用。
（3）为减小微电网并网与独立运行模式快速切换过程对微电网内分布式电源及重要负荷的暂态冲击，本文提出一种实现微电网两种运行模式平滑切换的主逆变电源控制策略。该策略包含主电源变流器控制状态平滑切换补偿算法和切换控制逻辑。理论分析和实验结果表明，该方法可以有效抑制切换过程中出现过压或过流现象，实现微电网运行状态的平滑过渡。
（4）利用特征值理论深入分析和研究了主从控制模式下微电网独立运行时的稳定性问题。比较基于连续时间状态方程和离散时间状态方程两种建模方法对微电网稳定性分析的影响；分析了导致系统出现高频振荡失稳的主要影响因素；提出在主电源电压环电压反馈通道中加入基于二阶通用积分器的带通滤波器，能有效改善微电网的稳定性。
【学位授予单位】：天津大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TM732
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