多端口能量路由器协调控制方法研究

发布时间：2020-03-23 21:55

【摘要】：随着分布式能源发电及与其匹配的储能装置的广泛应用,电动汽车等新型负荷的接入,电力市场化改革的推进,供电形式和能量流动方向的多样化发展,传统电力网络和设备已很难满足电能控制的多样性和复杂性的要求。为了解决这一问题,能源互联网的概念应运而生。能量路由器作为能源互联网的关键设备,具有重要的研究价值。本文对多种类能源接入、能量多向流动的情况下,多端口能量路由器如何实现协调控制、系统稳定运行进行了深入研究。本文针对多种类能源接入和功率分配的需求,对多端口能量路由器的拓扑结构进行了选择,结合系统内能量传输特性,对光伏、蓄电池、电网接口变换器的电路参数进行了设计。围绕直流母线稳压、最大功率跟踪、多目标交流并网等控制目标,对各功能单元接入能源的特性及各对应变换器的控制方法进行了深入研究。通过对光伏电池的研究,设计了光伏发电单元实现基于光伏特性的最大功率点跟踪、母线电压控制的控制方法;通过对蓄电池模型和常用充放电方式的研究,设计了实现储能单元充放电控制及直流母线稳压的多目标控制方法;通过对交直流变换单元工作方式的分析,设计了实现双向DC/AC变换器的直流稳压与功率可控的多目标控制方法。仿真结果表明,本文所选择的各变换器控制方法能有效地完成预设的控制目标,稳态、动态性能良好。针对传统协调控制方法的不足,提出了一种主从控制和分层控制结合的协调控制方法:将系统划分为底层控制层和中央管理层,底层控制层负责控制各变换器,控制方法由中央管理层确定;中央管理层汇总系统信息进行模态判断,仅在需要切换时向底层下发控制指令;各工作模态下变换器间协调配合,其中一个变换器控制母线。利用软件对典型工作模态进行了仿真实现,结果表明,该协调控制方法可以实现多端口能量的灵活流动和系统的稳定运行,具有可行性。设计、搭建适合本课题的硬件平台,在该平台上进行了本课题所提出的变换器级控制方法实验和系统级协调控制方法在典型工作模态下的实验,实验结果证明了其有效性。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4.3 典型工作模态协调控制方法仿真算例为了验证本文所提出的协调控制方法的可行性，本节在 Matlab/Simulink中搭建了由两路光伏单元、一路储能单元和一路双向 DC/AC 变换单元组成的多端口能量路由器仿真模型。对多端口能量路由器的典型工作模态及典型模态间切换进行了仿真并分析其仿真结果，重点分析研究典型工作模态下，因光照条件变化引起光伏单元输出功率波动或控母线光伏单元特性变化、受调度功率变化等情况发生时，系统的稳态和动态情况。多端口能量路由器仿真框图如图 4-4 所示。

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）接 720V 电压源和 10kW 负载；开关频率 fpv=20kHz，电感 L=3m=120μF。光照强度从 1000W/m2突降至 600W/m2。pvi(5A/div)pvu(100V/div)pvp(5kW/div)Time scale：20ms/div图 5-3 MPPT 模式下光照强度突变波形图图 5-3 为 MPPT 模式下光照强度突变实验波形。从实验波形来看，光，光伏单元能迅速追踪到新的 MPP，该控制方法稳态、动态特性良达到 MPP 时可程控直流电源工作情况如图 5-4 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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