级联型固态变压器控制及其在智能微网中的应用

摘要

目前我国电力系统主要采用的发电形式有火电，水电和核电。一方面，由于火电主要采用燃煤的形式进行发电，而煤炭属于不可再生资源已经消耗殆尽，水电和核电也不同程度影响环境：另一方面，全球范围内普遍发展新能源包括太阳能，风能以及其他形式的能源。由于新能源的发电方式与传统能源有较大的不同，因此在并入传统电网时，对传统电网稳定产生较大的影响。目前针对新能源接入相关专家学者对智能微电网FREEDM(FutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement)展开了相关研究，通过借鉴信息互联网的概念，通过引入高带宽数字通信、分布式控制和电力电子技术等，最终构建电能互联网(EnergyInternet)，这是未来微电网的发展方向。目前微网并网节点PCC仅实现交流的能量接入，鉴于光伏及其他类型新能源存在波动问题对微网电能质量以及对系统冲击影响很大，本文提出的级联型固态变压器可以实现能量双向流动，通过直流母线对新能源进行接入减小对系统的冲击，同时形成交直流混合型智能微电网。
　　本文首先对微电网的发展现状，以及级联型变换器的发展现状进行了调查研究，并分析了智能微电网的基本原理、常见结构、基本模型、运行方式以及常见的并网接入方案，并提出了基于级联型固态变压器的并网方案；接着对级联型固态变压器的整流级、直流变换级、逆变级进行了建模并针对系统建立了平均模型，而后设计主电路的相关参数；随后本文研究了单相PWM整流器常见的几种控制策略，并在此基础上对级联型PWM整流器均压控制进行了分析，提出基于旋转坐标独立补偿的级联型PWM整流器控制策略：最后本文对双向DC/DC变换器能量双向流动进行了分析，并提出输出端并联的DC/DC均流控制策略，另外还对逆变器的控制策略及控制参数设计进行了分析。
　　多种不同工况的仿真结果表明基于级联型固态变压器具有输入电流正弦性好、能量转换效率高、可获得单位功率因数、可实现能量双向流动、谐波干扰小等优势，同时验证了所提出的控制方法和系统参数设计方法的正确性，以及级联型固态变压器在新能源接入、交直流混合的智能微电网的可行性。