交直流混合微電網(wǎng)中雙向AC-DC功率變換器控制策略研究.pdf

1、隨著能源需求和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，加快新能源建設(shè)及供給成為了各國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的重要目標(biāo)之一。中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，其能源的生產(chǎn)和消費(fèi)都居世界前三。能源供應(yīng)的持續(xù)增長(zhǎng)，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐。隨著對(duì)環(huán)境要求的逐步提高，主要以火力發(fā)電為主的電力系統(tǒng)面臨巨大考驗(yàn)，急需大力發(fā)展以光伏、風(fēng)能等為主的新能源供電系統(tǒng)。
　　自歐美首先提出應(yīng)發(fā)展能源供給多樣化、環(huán)境污染小、可滿足用戶的個(gè)性電力需求的微電網(wǎng)以來，分布式發(fā)電及微電網(wǎng)的研

2、究成為了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)心的核心課題之一。
　　本文在分析了交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上搭建了交直流混合微電網(wǎng)模型，針對(duì)交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)部的連接樞紐——雙向AC/DC功率變換器，提出一種合適的控制方式，保障微電網(wǎng)在任何運(yùn)行狀態(tài)下均能保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了微電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。
　　本文的主要工作集中在以下幾個(gè)方面:
　　(1)針對(duì)獨(dú)立的交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在的不足，本文采用了一個(gè)含光伏、風(fēng)電、

3、儲(chǔ)能裝置等分布式電源，微型燃?xì)廨啓C(jī)等小型的傳統(tǒng)電源，電動(dòng)汽車充電站及負(fù)荷的交直流混合微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型。交直流混合微電網(wǎng)兼具交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)（分布式電源即插即用、微電網(wǎng)自身可調(diào)節(jié)功率平衡、控制系統(tǒng)中不需要使用通信系統(tǒng)等）;改進(jìn)了單種供電形式微電網(wǎng)的不足，如:本地負(fù)荷受限條件（由于分布式發(fā)電容量有限，限制了微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部允許接入負(fù)荷的最大功率），提高了新能源利用率;采用多源供電，提高了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及可靠性等。<

4、br>　　(2)針對(duì)本文搭建的交直流混合微電網(wǎng)模型，詳細(xì)分析了其運(yùn)行機(jī)制，并在微電網(wǎng)能量管理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了雙向AC/DC功率變換器的運(yùn)行控制目標(biāo)。混合微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過PCC(Point of Common Coupling)點(diǎn)與大電網(wǎng)相連，在必要時(shí)進(jìn)行能量交換，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;孤島運(yùn)行時(shí)，交直流混合微電網(wǎng)既可以運(yùn)行于單獨(dú)的交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)，分別保證自身穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)也可通過雙向AC/DC功率變換器交互能量，保證交直流混

5、合微電網(wǎng)內(nèi)部的重要負(fù)荷正常運(yùn)行。
　　(3)針對(duì)交直流混合微電網(wǎng)中維持功率平衡，保證微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的雙向AC/DC功率變換器，提出了一種新的控制策略。該控制方案綜合考慮了直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)的功率平衡狀態(tài)及運(yùn)行模式，通過檢測(cè)交流微電網(wǎng)頻率和直流微電網(wǎng)母線電壓瞬時(shí)值，并通過調(diào)節(jié)PWM(Pulse WidthModulation)波形控制AC/DC功率變換器的開關(guān)信號(hào)，確定雙向AC/DC功率變換器的工作模式（整流、逆變、停止），以維

6、持交直流混合微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　(4)為驗(yàn)證本文所提出的控制方案正確可行，本文還在Matlab/Simulink平臺(tái)搭建了相應(yīng)的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)模型。并通過dSPACE1104、dSPACE1006驗(yàn)證了本文所提出的部分控制策略，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析。其中包括:交直流混合微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、交直流混合微電網(wǎng)孤島運(yùn)行試驗(yàn)。
　　(5)針對(duì)電力電子裝置頻繁開關(guān)動(dòng)作會(huì)給電網(wǎng)帶來大量的諧波，嚴(yán)重影響微電網(wǎng)的電

7、能質(zhì)量及運(yùn)行穩(wěn)定性，本文還設(shè)計(jì)了雙向AC/DC功率變換器的輸出濾波裝置，抑制電力電子開關(guān)動(dòng)作引起的大量諧波，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
　　研究表明，雙向AC/DC功率變換器采用本文所設(shè)計(jì)的改進(jìn)下垂控制系統(tǒng)后，可以實(shí)現(xiàn)只使用一套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同工作模式下的控制目標(biāo)，避免了由于微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式切換而導(dǎo)致的雙向AC/DC功率變換器運(yùn)行控制系統(tǒng)切換。雙向AC/DC功率變換器的正確工作可以有效提高交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的