交直流微电网群中H桥级联能量路由器研究

摘要

随着化石能源的逐渐枯竭及其带来的环境问题日益受到全世界的关注，以新能源发电代替传统发电以换取全人类环境与资源可持续性发展的方法正得到全世界的广泛认可。随着能源互联网与各种能源互联互通策略的相继提出，电力网作为能源互联网的核心网络之一，在新能源渗透率逐渐提高的同时，所面临的诸多问题也正成为当前研究的重点与热点。为减小分布式新能源固有的暂态特性对传统电网的影响，以微电网形式实现对分布式新能源的就地消纳被认为是提高新能源利用率，增强电网稳定性的有效解决方法。而随着微电网的不断发展，所形成的微电网群间的能量协调与控制问题成为微电网稳定运行的重中之重，其关键装备“能量路由器”也是本文研究的核心。本文提出一种能量路由器拓扑，从以下几个方面对能量路由器进行了研究。
　　首先，介绍了当前国内外能量路由器的发展状况及基本工作原理。提出了适用于微电网群间能量协调与控制的能量路由器拓扑，详细介绍了该能量路由器工作原理，推导其数学模型。对能量路由器平衡控制时的控制策略进行详细研究，并针对能量路由器中级联H桥电路直流侧电容电压平衡问题，提出一种简化电压排序算法，以减小系统运行资源消耗，可实现各级直流侧的简单快速平衡。
　　针对能量路由器平衡控制存在的功率限制性问题，提出一种基于功率不平衡理论的能量路由器控制策略，通过对H桥各级传输不平衡功率的计算，实时调整其直流侧电压，使得各级直流侧功率不平衡范围大大增加。设计了能量路由器直流参考电压调节器，实现了直流侧电压根据各级功率范围的动态快速调节。
　　为实现各级直流侧电压随功率波动的更准确与快速调节，提出一种基于向量调制的能量路由器控制策略。通过对直流侧电压与H桥交流侧向量调制的定量分析及其与H桥传输有功功率关系的详细分析，提出一种新的直流参考电压调节器。该直流参考电压调节器通对H桥传输有功功率波动与直流侧电压调节量的准确计算，实现了能量路由器功率不平衡时直流侧电容电压与整体能量协调的快速精准控制。
　　最后，通过仿真与实验分别验证了基于两种不同控制算法的交直流微电网群H桥级联能量路由器的能量路由功能及各控制策略的正确性与有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2微电网与微电网群研究现状

1.3能量路由器研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 微电网群中的能量路由器基本原理

2.1能量路由器拓扑结构与工作原理

2.2能量路由器数学模型

2.3调制策略

2.4本章小结

第3章 能量路由器平衡控制策略

3.1能量路由器协调控制目标与总体控制策略

3.2基于准比例-谐振控制的能量路由器控制系统离散化设计

3.3直流侧电压平衡控制

3.4本章小结

第4章 能量路由器不平衡控制策略

4.1基于功率不平衡理论的能量路由器控制策略

4.2基于向量调制的能量路由器控制策略

4.3本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间获得的研究成果

致谢