交直流混合微网中双向接口变换器控制综述

在交直流混合微网中,双向AC/DC接口变换器连接交直流母线实现子网之间的能量双向流动,其控制策略直接影响交直流混合微网的稳定运行。根据微电网的运行模式,接口变换器的控制可以分为并网控制和孤岛控制两大类。首先对交直流混合微网的结构进行了分析和讨论,随后分别介绍了并网模式和孤岛模式下单台接口变换器以及多台并联接口变换器的控制策略。最后对当前主要的控制方法进行了总结,并对未来双向接口变换器的研究方向进行了展望。     

基于变功率与直流电压组合控制的混合微电网协调控制

当前混合微电网中双向AC/DC变换器主要采用U/f控制,由这种控制策略以及交流子微电网的运行情况确定直流子微电网的输入输出功率,这对直流子微电网产生很大的影响。针对这种问题,将直流子微电网作为一个波动性微电源与负荷,双向AC/DC变换器采用直流电压控制,根据直流子微电网的运行情况,确定双向AC/DC变换器功率的流向与大小。为了更好地保证直流电压控制策略的实现,直流子微电网采用变功率控制策略,由此提出了基于变功率控制与直流电压控制的混合微电网的协调控制策略。最后在Simulink中建立上述控制策略的模型,并进行仿真分析。仿真结果证明:上述控制策略能够实现交直流混合微电网的稳定运行,以及混合微电网的平滑切换。     

基于双向接口变换器的混合微电网交直流母线电压统一控制策略

交直流混合微电网中,交流电压不平衡引起的接口变换器瞬时功率脉动以及单相交流负荷并入直流微电网导致的直流电压二倍频脉动,影响混合微电网正常运行。针对上述问题,建立了双向接口变换器ab坐标系下的数学模型,分析了不平衡工况下交流子网以及直流子网单相逆变负荷的二倍频功率传输特性,在此基础上,通过在双向接口变换器直流侧引入降压型波动功率补偿电路,详细设计了基于改进型双向接口变换器的交流不平衡电压及直流二倍频脉动电压统一控制策略。对补偿电路电容容量进行定量分析,使双向接口变换器可以在较小直流母线电容容量情况下,利用自身功率余量同时补偿交流不平衡电压与直流二倍频脉动电压,仿真证明了所提控制策略的有效性。     

交直流微电网AC/DC双向功率变换器控制策略

为了实现交直流混合微电网的可靠并网,基于微电网中AC/DC双向功率变换器下垂控制策略和预同步工作原理,提出一种适用于混合微电网中连接交直流子网的AC/DC双向功率变换器的控制策略。孤岛/并网模式时采用双向下垂控制实现双向功率流动。在由孤岛模式转为并网模式时,利用消除dq轴电压偏差实现幅值与相位同步,无需通过锁相环获取相位信息,实现平滑并网。同时,针对微电网中由于不平衡负载导致的三相不平衡工况,采用正负序分别控制的方法实现了非理想工况下微电网的同步互联。仿真结果验证了该方案的可行性。     

考虑荷电状态的交直流微电网多模式协调控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网,提出了一种考虑子网负载状态和储能子网荷电状态的多模式协调控制策略。状态判定级将储能荷电状态水平划分为五种模式,详细规划各模式下子网间六种功率交互状态对应的网络工况,使储能子网参与子网间功率交互的优先性随荷电状态变化。功率互助级控制各子网间双向互联变换器传输功率,本地级采用下垂控制保持子网自治。该策略可减少不必要的功率交互损耗,预先避免储能子网因过度充放失去功率调节能力。MATLAB/Simulink与RT-LAB平台上建立的仿真模型验证了所提控制策略的实时有效性。     

考虑荷电状态的交直流微电网多模式协调控制策略

针对孤岛运行的交直流混合微电网,提出了一种考虑子网负载状态和储能子网荷电状态的多模式协调控制策略。状态判定级将储能荷电状态水平划分为五种模式,详细规划各模式下子网间六种功率交互状态对应的网络工况,使储能子网参与子网间功率交互的优先性随荷电状态变化。功率互助级控制各子网间双向互联变换器传输功率,本地级采用下垂控制保持子网自治。该策略可减少不必要的功率交互损耗,预先避免储能子网因过度充放失去功率调节能力。MATLAB/Simulink与RT-LAB平台上建立的仿真模型验证了所提控制策略的实时有效性。     

双向功率变换器自治运行控制策略

双向功率变换器是交、直流混合微电网中的关键设备。本文在分析低压微电网下垂特性的基础上,提出一种双向功率变换器自治运行控制策略,针对交、直流母线电压性质不同的特点,根据子网电压允许波动范围,分别对其进行了归一化处理,并以交、直流子网实时负载率相同为准则,设计了双向功率变换器有功-电压控制环。为使交流子网频率稳定,在充分利用双向功率变换器剩余容量前提下,设计了变换器无功-相角控制环。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略能够实现交、直流子网间功率双向平滑传输,维持子网母线电压及频率稳定,确保低压交、直流混合微电网自治运行。     

孤网模式下交直流混合微电网互联变换器综合下垂控制

互联变换器的控制方式直接影响交直流微网的稳定运行。分析研究了交直流互联变换器在孤网运行下基于下垂理论的控制方式,包括双下垂控制、下垂特性单位化控制、基于单位化混合下垂控制,针对其在功率流动方向判定和功率参考值选取的不足,提出了一种基于综合下垂系数的控制策略,具体论述了综合下垂系数的求取过程,定义了交直流混合微电网系统下垂系数比,比较混合微网功率盈余与缺额值,将较小值作为互联变换器的功率参考值,最大程度地减小了单个子网偏离额定运行条件下对联络子网的影响。最后利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建交直流混合微电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

主从控制混合微电网中互联变流器控制策略

针对基于主从控制的交直流混合微电网,研究了孤岛模式下的功率平衡关系和互联变流器控制策略。主控制单元控制系统的功率波动,维持系统的稳定性,因此提出了主控制单元容占比的概念,来反映两侧微电网的运行状态;根据此概念,建立了交直流两侧的数学联系,设计了互联变流器的分区段控制策略,调节功率在微网间的流动,以实现两侧功率的相互支撑;为了避免互联变流器运行模式的频繁切换,设置了滞回比较环节,提高系统的稳定性。在PSCAD／EMTDC搭建了交直流混合微网仿真模型,结果表明,在孤岛模式下分区段控制策略能够实现对互联变流器的灵活控制,可准确调节交直流子网间的功率流动,实现系统的功率平衡以及各微网的电压和频率稳定。     

交直流混合微电网并联接口变换器的VSG控制策略

针对传统的并联接口变换器控制策略存在功率分配精度低、惯性小以及循环功率等问题,提出了交直流混合微电网并联接口变换器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略。将小交流电压信号源注入到直流子网的DC/DC转换器中,使直流子网的功率-电压下垂控制变为功率-频率下垂控制。将原本采集的局部母线直流电压变为全局直流叠加频率,从而将直流子网的叠加频率与虚拟同步机的虚拟频率差值作为VSG的机械力矩。通过与传统控制策略的仿真结果比对分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

孤岛交直流混合微电网功率互助策略

交直流混合微电网可以通过交、直流子微网之间的互助互济来有效协调混合微网系统功率的分配,并提高系统平抑功率波动的能力。为实现交、直流子微网之间合理互助互济,提出了一种孤岛交直流混合微电网功率互助策略。首先,为了避免互联变流器频繁动作带来功率损耗,提出了分层控制策略,该策略将系统运行模式分为功率自治模式与功率互助模式,并对运行模式的切换条件进行了合理设计;其次,提出了基于子微网自身条件以及蓄电池荷电状态(state of charge, SOC)的功率互助目标,并设计了基于交流频率和直流电压反馈的功率协同控制算法以实现功率互助目标。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果表明,利用所提互助策略,交、直流子微网能够根据自身条件承担系统功率波动并维持蓄电池处于合理的荷电状态。     

基于小交流信号注入的接口变换器二次控制方法

在交直流混合微网中,双向接口变换器是连接交流子网和直流子网的桥梁,对系统的安全稳定运行和功率的合理分配起着举足轻重的作用。目前,双向下垂控制方法广泛用于双向接口变换器的控制中,它是通过检测直流母线侧电压和交流母线侧频率来反映直流子网和交流子网的功率需求,进而控制功率的流动。然而,这种方法会使变换器输出的电压和频率存在偏差,同时,在实际中,每个变换器的参数和输出阻抗也不会完全相同,这也会造成功率在并联变换器之间分配不精确。为了解决以上问题,以双向下垂控制为基础,提出了小交流信号注入的新型二次控制方法,在该方法中小交流信号在并联的各变换器之间如同一种通讯信号,其频率和接口变换器输出基波电压的下垂偏置成下垂关系。该方法可以使变换器输出的电压和频率恢复到额定值,同时,可以使并联变换器之间的功率精确分配。matlab/simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

固体氧化物燃料电池发电系统建模与控制

根据固体氧化物燃料电池（SOFC）的电化学特性和微网的运行要求,建立了含SOFC、BOOST变换器、蓄电池（BESS）、双向DC/DC变换器、DC/AC逆变器和滤波器6部分的SOFC发电系统整体模型,提出了适应各种运行状态的控制策略。DC/AC逆变器采用V/f下垂控制,包含内环电流和外环电压;逆变器控制模块中包含重连同步环节,作用于微网从孤岛到并网模式的平滑转换。为了提高SOFC的动态响应速度,在直流母线侧并联储能蓄电池,采用双向DC/DC变换器的滞环充放电控制来提高功率调节速度。构建了包含SOFC发电系统的微网模型,并网、孤岛以及两种模式间切换时的仿真结果表明所提出的SOFC发电系统模型能正确反映SOFC的电化学特性,控制策略效果良好,能在微网各种运行条件下保证微网的稳定运行。     

抑制直流电压振荡的虚拟阻感超前控制策略

直流电压的稳定对直流微网可靠运行至关重要,在变换器与直流网络的交互作用下,变换器呈现负阻尼特性,与LC网络交互进而引起直流电压振荡。此处以直流微网为背景建立小信号阻抗模型,分析直流微网的动态特性。针对直流电压振荡现象,提出一种基于阻感超前特性的虚拟阻抗控制方法,有效增强了直流微网的阻尼,抑制了直流电压波动,提高了系统稳定裕度。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建4个变换器的直流微网模型,仿真结果与理论分析一致,很好地验证了所提控制策略的有效性。基于Star-Sim半实物仿真,搭建直流微网模型,验证了阻感虚拟阻抗控制策略的可行性。     

考虑功率约束的孤岛交直流混合微网控制策略

交直流混合微电网是集成各种分布式电源（DGs）的有效方式,并通过互联变换器（IC）实现交直流侧的能量流动。为了提高功率分配精度,同时避免变换器的输出功率超过功率限额,此处提出了一种考虑功率限制的分布式控制策略。该方法在直流子网中利用分布式通信网络,在交流子网中采用分散式下垂控制,加入积分下垂项,实现了功率均分和功率约束。互联变换器采用自适应下垂控制,使其具有电网支撑能力。仿真结果和硬件在环（HIL）实验验证了该方法在不同场景孤岛微电网下的可行性和有效性。     

交直流混合微电网接口变换器虚拟同步发电机控制方法

随着分布式发电技术的推广,交直流混合微网以其灵活性正得到越来越广泛的研究和应用,而接口变流器是其核心部件。提出了一种接口变换器虚拟同步发电机控制策略。该策略不仅能使交直流子网有功功率分配更加均匀,还能使系统在大容量负荷投切过程中响应更加平滑,降低交直流子网快速功率波动的耦合影响。Matlab/Simulink仿真算例的验证结果表明,提出的接口变换器虚拟同步发电机控制方法能够降低交直流子网功率传导影响,有利于提高交直流微电网的运行稳定性。     

无储能风电微网系统的下垂控制策略

包含分布式风力发电系统的微网孤岛运行时,常采用下垂控制策略。由于风能的随机性,微网中风力发电单元发电功率与下垂控制输出功率不等,需要利用储能装置来均衡功率,维持直流电压恒定。对此,提出了一种改进下垂控制策略。通过检测直流电压,动态平移下垂特性曲线,改变下垂控制平衡工作点,调节下垂控制输出功率,以促进功率均衡,减小直流侧储能装置容量。仿真及实验结果验证了改进下垂控制策略的有效性。     

考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

孤立交直流混合微电网集中储能荷电状态趋近充、放电临界值,容易引发微电网及其子网功率越限,从而导致系统供电不可靠。在此背景下,该文提出了一种考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,根据交直流混合微电网及其子网功率盈缺状态,同时考虑混合储能中传统集中和灵活储能之间协调配合,将交直流混合微电网运行模式划分为正常、临界平衡和功率越限3种。在此基础上,根据储能荷电状态不均衡或异常、子微网越限等非正常状态进一步划分工况,以将控制目标进行细分。接着,通过分析电动汽车灵活储能、传统集中储能与互联接口变换器在同一时间尺度下的响应优先级,设计混合储能功率分配和互联接口变换器功率传输原则,并提出系统运行模式及工况间平滑切换方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的交直流混合微电网仿真模型验证了所提控制策略的有效性。     

可实现运行模式灵活切换的小型微网实验系统

为了能够对微网的运行特性进行深入的理论和实验研究,建立了一个小型实验室微网系统。该系统中的分布式电源采用光伏模拟单元和风机模拟单元,通过电力电子变换装置并入微网;系统以蓄电池为储能装置,并通过双向逆变器并入微网,用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时,以外电网电压和频率为参考,蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制;孤岛运行时,双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制,用以提供微网电压和频率参考。实验结果表明,该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式,并可实现二者之间的平滑切换,提高了能量供给的可靠性。     

交直流混合微电网中双向变换器改进下垂控制研究

提出1种利用直流侧功率量进行控制的交直流混合微电网双向变换器改进下垂控制策略,该控制策略能在整流、逆变、空闲模式自主平滑切换。改进下垂控制策略满足孤岛和并网2种运行模式,省去了多种控制策略切换。利用直流侧功率量控制避免了归一化运算,减少了由于直流母线电压和交流频率小范围波动引起的电力电子器件频繁动作。仿真结果表明,该控制策略可将直流母线电压和交流频率维持在额定值附近,保证交直流混合微电网稳定运行,提高系统可靠性。