微电网多模式变换器系统控制及保护研究
发布时间：2020-09-03 16:06
风能,太阳能,氢能等新能源因对环境友好的特点,成为化石能源的替代能源。新能源一般通过电力的形式使用和传输,电力电子变换器作为微网中新能源与电力系统或负载的接口受到了越来越多的关注和重视,变换器的控制性能与保护是重要的研究方向。多模式变换器利用一套硬件电路来实现多种控制模式,在满足系统的不同运行需求时可减小变换器成本、体积和维护费用。为了保证微电网系统高效、可靠、稳定运行,本文针对微电网中多模式变换器的控制和保护展开研究,主要包括三方面研究内容:1.多模式双向DC/AC变换器的统一控制架构,满足微网系统并网运行与孤岛运行的需求;2.多模式变换器并联系统稳定性阻抗判据,保证系统在多能源接入与多控制模式时稳定运行;3.多模式并网DC/AC变换器孤岛检测保护方法,为孤岛发生后多模式并网变换器关机或转为孤岛独立运行提供及时可靠的指令信号。本文探讨了一种应用于微电网的多模式双向DC/AC变换器的控制方法。多模式双向DC/AC变换器可以作为交流母线、交流电源、交流负载到直流母线、直流电源、直流负载的接口电路,能兼具微电网并网运行和独立运行的控制需求。根据对多模式双向T型三电平DC/AC变换器的小信号建模,本文研究了多模式双向DC/AC变换器在正负序同步旋转坐标系下的统一控制架构,该控制架构可以满足直流侧和交流侧双向功率流动控制、直流侧电压控制、适应三相不平衡负载的交流侧电压控制等。本文搭建了 1OOkW多模式双向T型DC/AC变换器样机,设计了变换器样机体积优化的散热器和低感叠层母排,实验结果验证了所设计多模式双向DC/AC变换器可以满足多种控制模式的需求。本文发展了一种适用于多模式变换器并联系统的稳定性阻抗判据。以多模式双向Boost/Buck变换器和多模式双向T型三电平DC/AC变换器为例推导多模式变换器的等效阻抗模型;定义由多模式变换器共直流母线并联组成的微电网系统架构,再根据系统的等效阻抗模型得到稳定性相关传递函数,推导得所有传递函数都有相同的分母式,因此只需检测该公共分母式的零点分布,即可判定系统的稳定性情况。通过将所采用判据与传统稳定性阻抗判据比较,可以知道本文探讨的判据对于处理多控制模式多变换器系统是有优势的。基于分子分母式阻抗判据依赖系统的详细建模和控制参数,本文进一步探讨了适用于实验使用的基于并联阻抗测量的判据。最后用实验验证了所探讨稳定性判据的有效性。本文提出了一种基于负载谐振频率的间歇性无功功率扰动孤岛检测方法。该方法可以在规定时间内成功检测出孤岛发生,并对多模式变换器提供保护或模式切换信号。通过分析孤岛检测测试电路中公共耦合点(PCC)频率与逆变器无功扰动输出量的关系,本文设计了最小无功扰动时序作为逆变器功率外环的参考值。本文提出的孤岛检测方法检测负载谐振频率,而后逆变器根据设计的无功扰动序列来输出最小的无功扰动幅值,电网断开后PCC点频率将被扰动到频率允许边界。本文对所提方法在不平衡负载下的适用性进行了讨论。所提无功扰动方法与传统双边无功扰动方法相比,每个扰动周期内仅输出单边无功扰动,且无功扰动幅值不超过有功功率的5%。本文搭建了三相逆变器孤岛检测平台,实验证明所提无功扰动方法可以在规定时间内成功的检测出平衡负载与不平衡负载下的孤岛发生,并且所提方法可以消除NDZ并减少对电网的无功功率扰动量。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
浙江大学博士学位论文逦第１章绪论逡逑图１．邋３所示插入式电动车多模式变换器包含前级全桥变换器和后级双向ＤＣ／ＤＣ变换器，逡逑开关Ｍ的切换可以配合变换器的模式变换［１９】。该多模式变换器有三种控制模式：第一种逡逑模式为插电时给动力电池充电模式，Ｍ连接６点，前级全桥变换器运行于整流状态，电网逡逑通过前级全桥变换器和双向ＤＣ／ＤＣ变换器给电池充电。第二种模式为电能反馈电网时的逡逑功率模式，Ｍ连接６点，前级全桥变换器运行于逆变状态，该模式动力电池将电能反馈给逡逑电网。第三种模式为辅助电池充电模式，Ｍ连接ａ点，前级全桥变换器运行于Ｂｕｃｋ模式，逡逑该模式中动力电池给辅助电池充电。逡逑ｉ邋￣前＿笔矣桥灔换r-邋逦Ｊｆ逦变赛器＿逦动力电池逡逑ｉ邋Ｌ邋＾邋：ｆ邋ｈｆｅ逦ｉ；ｎ邋：逡逑辅逦一岸．逡逑丨丨如ＩＮ邋！逡逑Ｉ邋，邋Ｉ￣Ｉ逦ｎｒｗ＞逦１邋！逦Ｉ逦｜逦＇邋ｉ逦［逡逑Ｌ邋}」逦Ｌ逦；逦Ｌ逦！ｌ逦Ｉ逡逑图１．３插电式电动车的多模式两级变换器【１９】逡逑具有多个多模式变换器并联的供电系统可以称为多模式变换器并联系统。图１．４所示逡逑为一种多能源储能多模式变换器并联系统，使用电网、燃气机、锂电池、超级电容、光伏逡逑等多种能源来提高负载供电的可靠性［Ｍ］。系统中多模式双向ＤＣ／ＡＣ变换器作为交流单元逡逑（电网、燃气机、交流负载）与直流母线的接口，具有母线电压模式、交流侧电压模式和逡逑功率源模式［２１］；多模式双向ＤＣ／ＤＣ变换器作为各直流单元与直流母线的接口，多模式逡逑ＤＣ／ＤＣ变换器具有母线电压模式、电池充电模式和电流源模式［２２：＞。图１．４（ａ）所示为系统逡逑电网正常控制模式
承担着调节功率流动、负载高质量供电、维持系统母线稳定、保护等任务［？２６］。逡逑１．３．１微网中双向ＤＣ／ＡＣ变换器逡逑图１．５所示为典型的直流母线架构微网系统。图１．５（ａ）所示为微网单极性直流母线结逡逑构［２７］［２８］。系统中交流电网到直流母线的接口电路为双向ＤＣ／ＡＣ变换器，其作用是调节直逡逑流母线功率平衡运行、补充或吸纳分布式发电系统能量。图１．５（ｂ）所示为微网双极性直流逡逑母线结构［２９］［３（）］。双向ＤＣ／ＡＣ变换器也作为交流电网到直流母线的接口电路，但需使用三逡逑相四线制的双向ＤＣ／ＡＣ变换器拓扑以满足零线的控制。逡逑电网＾逦电网ｊ逡逑—逦一？电池逦二—v溴义襄危模悖薄
本文编号：2811659
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
浙江大学博士学位论文逦第１章绪论逡逑图１．邋３所示插入式电动车多模式变换器包含前级全桥变换器和后级双向ＤＣ／ＤＣ变换器，逡逑开关Ｍ的切换可以配合变换器的模式变换［１９】。该多模式变换器有三种控制模式：第一种逡逑模式为插电时给动力电池充电模式，Ｍ连接６点，前级全桥变换器运行于整流状态，电网逡逑通过前级全桥变换器和双向ＤＣ／ＤＣ变换器给电池充电。第二种模式为电能反馈电网时的逡逑功率模式，Ｍ连接６点，前级全桥变换器运行于逆变状态，该模式动力电池将电能反馈给逡逑电网。第三种模式为辅助电池充电模式，Ｍ连接ａ点，前级全桥变换器运行于Ｂｕｃｋ模式，逡逑该模式中动力电池给辅助电池充电。逡逑ｉ邋￣前＿笔矣桥灔换r-邋逦Ｊｆ逦变赛器＿逦动力电池逡逑ｉ邋Ｌ邋＾邋：ｆ邋ｈｆｅ逦ｉ；ｎ邋：逡逑辅逦一岸．逡逑丨丨如ＩＮ邋！逡逑Ｉ邋，邋Ｉ￣Ｉ逦ｎｒｗ＞逦１邋！逦Ｉ逦｜逦＇邋ｉ逦［逡逑Ｌ邋}」逦Ｌ逦；逦Ｌ逦！ｌ逦Ｉ逡逑图１．３插电式电动车的多模式两级变换器【１９】逡逑具有多个多模式变换器并联的供电系统可以称为多模式变换器并联系统。图１．４所示逡逑为一种多能源储能多模式变换器并联系统，使用电网、燃气机、锂电池、超级电容、光伏逡逑等多种能源来提高负载供电的可靠性［Ｍ］。系统中多模式双向ＤＣ／ＡＣ变换器作为交流单元逡逑（电网、燃气机、交流负载）与直流母线的接口，具有母线电压模式、交流侧电压模式和逡逑功率源模式［２１］；多模式双向ＤＣ／ＤＣ变换器作为各直流单元与直流母线的接口，多模式逡逑ＤＣ／ＤＣ变换器具有母线电压模式、电池充电模式和电流源模式［２２：＞。图１．４（ａ）所示为系统逡逑电网正常控制模式
承担着调节功率流动、负载高质量供电、维持系统母线稳定、保护等任务［？２６］。逡逑１．３．１微网中双向ＤＣ／ＡＣ变换器逡逑图１．５所示为典型的直流母线架构微网系统。图１．５（ａ）所示为微网单极性直流母线结逡逑构［２７］［２８］。系统中交流电网到直流母线的接口电路为双向ＤＣ／ＡＣ变换器，其作用是调节直逡逑流母线功率平衡运行、补充或吸纳分布式发电系统能量。图１．５（ｂ）所示为微网双极性直流逡逑母线结构［２９］［３（）］。双向ＤＣ／ＡＣ变换器也作为交流电网到直流母线的接口电路，但需使用三逡逑相四线制的双向ＤＣ／ＡＣ变换器拓扑以满足零线的控制。逡逑电网＾逦电网ｊ逡逑—逦一？电池逦二—v溴义襄危模悖薄
本文编号：2811659
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2811659.html
