源储融合的直流微电网故障响应策略研究

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柴油机或风力驱动的永磁同步发电机配合PWM整流器发电是直流微电网中常用解决方案。在直流母线过载/短路故障下,由于该方案没有自然的前向通路保护,需要在直流侧或交流侧采用额外的保护装置进行电流速断保护,可能会导致发电机脱网运行,无法参与故障切除后微网母线电压的恢复。本文针对这一问题,以故障下发电机保持不离网、故障消除后参与恢复母线电压为研究目标,开展源-储节点拓扑、控制和直流微电网故障响应策略的研究。针对直流微电网中母线对地短路故障问题,提出了源储节点拓扑,形成以开关磁阻发电机(SRG)与超级电容(UC)储能为输入的多端口功率变换器。拓扑中的基本结构包括控制超级电容双向功率潮流的Buck-Boost桥臂、适用开关磁阻发电机的独立励磁与续流的不对称半桥和隔离故障的固态断路器。分别根据源储特性分析了其数学模型,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,验证了储能功率双向流、SRG启停发电和固态断路器隔离故障的效果。提出了源储节点正常工况运行控制策略。采用电流闭环控制超级电容恒流充电、采用电压电流双闭环控制超级电容维持发电机励磁电压、选择了斩波管脉宽调制方案控制发电机的出力。搭建了节点正常工况运行仿真,通过模拟负载投切,验证了超级电容与发电机正常工况控制策略的可行性。提出了源储融合的微网节点在直流母线对地短路故障的情况下的响应策略。通过隔离故障、超级电容稳定励磁电压的方式确保发电机不离网。发电机向故障母线注入优化的维持功率脉冲,可在故障消除后迅速恢复母线电压。通过仿真验证,该策略在仿真预设参数下可迅速隔离故障并维持发电机励磁端口能量,发电机在故障时不离网,并能迅速在故障消除后恢复母线电压。本研究提出了非永磁式发电机与快速储能配合的形式能够有效的在直流母线及其负载发生对地短路的情况下保证节点中的发电机不离网,并能在故障消除后迅速的恢复母线电压,节约了发电机重新起动的时间,改善了直流微网在故障下的性能表现。
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