交直流混合微电网中零序环流抑制及功率协调控制策略研究

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随着电力电子技术的蓬勃发展,交直流混合微电网以运行模式灵活、可有效减少负载频繁的电能转换等优势,被广泛应用于分布式发电领域,是未来微电网的主流结构。为了增加系统容量和转换效率,并联三相脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)变流器技术被引入至微电网中;然而,并联PWM变流器中线路参数可能存在较大差异,易引起零序环流过大,这不但增加了系统损耗,还极大增加了变流器故障停机的概率。此外,由于交直流混合微电网规模较大,控制过程较为复杂,设计合理的功率协调控制策略以维持系统功率平衡具有重要的意义和价值。本文以基于并联互联变流器的交直流混合微电网为研究对象,研究了底层变流器控制策略、并联PWM变流器中零序环流抑制策略和整体功率协调控制策略,以实现在不同工况下的系统稳定。本文主要内容如下:首先,本文介绍了以光伏发电为主且含并联互联变流器的交直流混合微电网拓扑结构,构建了符合系统需求的微源模型;基于上述拓扑结构与模型,研究设计了底层变流器在不同应用场景下的多种控制模式,并进行了仿真实验,以验证其正确性。其次,针对两并联PWM变流器在线路参数差异条件下易产生零序环流的问题,本文以传统PI控制调节零矢量作用时间方法为基础,提出了一种基于比例积分-准谐振(Proportional-Integral Quasi-Resonant,PIQR)控制和前馈补偿控制的零序环流抑制策略。为了同时减小零序环流的幅值和抑制主要低频谐波成分,提出了将PI控制器、准谐振控制器和前馈补偿环节相结合产生零矢量占空比调节因子的方法,并构建了并联PWM变流器仿真模型;仿真结果表明,相比于传统PI控制方法,本文所提出的环流抑制策略能够更有效地抑制零序环流幅度、减小低频谐波和改善电能质量。最后,经交直流混合微电网模型检验,其能大幅度减小并联互联变流器中的零序环流,并维持直流母线电压稳定。最后,基于交直流混合微电网的分层控制思想,虑及系统工作模式,本文设计了并网、离网模式下的功率协调控制策略。并网运行中,在不考虑交流侧功率平衡情况下,以互联变流器直流母线恒压控制为基础,参考直流储能荷电状态、直流微电网功率平衡状态和互联变流器的最大传输功率,调整直流储能的运行模式和次要负载的通断,以稳定直流母线电压;离网运行中,以直流子微网为主微网,以直流储能为主要功率调节设备,基于直流储能“晚放电、早充电”原则,参考直流储能荷电状态、系统整体功率平衡状态和各微源的运行模式,通过调节微源的控制策略、参考功率及次要负载的通断等,来保持整体功率的平衡。最后,构建了交直流混合微电网仿真模型,在多种运行情况下验证了所提功率协调控制策略的有效性和稳定性。
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