交直流同线混合微电网及其电能路由器研究

发布时间：2020-07-18 22:48

【摘要】：随着传统能源开发与需求之间矛盾的日益突出以及环境保护带来的压力,可再生能源的研究和应用越来越受到关注。分布式新能源发电普遍存在波动性、随机性和不确定性对配电系统提出了新的要求;同时随着能源消费结构的变革,基于“源-网-荷-储”的配电网络成为未来电网的发展方向之一,电能多向流动、电网智能化控制是配电网的发展要求。传统交流配电网越来越无法满足多样化的配电需求,本文针对这一发展趋势将交直流同线电能传输技术应用到配电网进而微电网架构中,并对其关键问题展开分析研究。基于交直流同线电能传输技术的研究和配电系统发展要求,本文利用该技术对传统交流配电网络进行改造升级,并对提出的交直流同线配电网原理结构合理性及优势进行了分析,总结比较了目前可用于实现交直流同线配电的多种方案选.择,本文基于关键设备对三种方案的原理结构和性能进行了比较分析,Z型变压器可以有效避免直流注入引起的变压器铁芯饱,同时保证良好的电气隔离。分析了交直流功率同线传输所需要满足的电气约束条件及直流功率叠加对电网配电性能提升的影响。针对分布式并网将微电网技术引入交直流同线配电,提出交直流同线混合微电网的拓扑结构,并对微电网基本原理和运行模式进行分析,提出在不同运行模式下微电网的基本运行原理和相应的控制目标。对分布式发电并网控制进行分析,提出基于蓄电池和超级电容的混合储能系统及控制策略,用于实现微电网内部功率平衡控制,平抑直流母线电压波动。利用MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能系统的合理性与有效性。结合电力电子技术提出适用于交直流同线混合微电网的电能路由器模块化多接口结构,保证交直流同线混合微电网的一般扩展性,实现对微电网的电能路由控制。针对交直流同线混合微电网对电能路由器结构和性能的要求提出基于三相H桥AC-DC变换电路和双有源DC-DC变换器的电能路由器主电路结构,并针对各电力电子装置提出相应的控制策略,实现对微电网的可靠运行控制。在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建了交直流同线混合微电网及其电能路由器模型,通过仿真验证了电能路由器对微电网路由控制的合理性和有效性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM727
【图文】：

电能,路由器,基本架构,研究现状

１．４．１电能路由器架构逡逑一般的，电能路由器由功率变换单元、控制单元和通信单元构成，基本架构逡逑如图１．６所示［５２］。功率变换模块由多级电力电子变换器组成，主要承担对功率流逡逑的变换、分配、隔离功能，并实现分布式电源与负荷的即插即用；控制模块以功逡逑率变换模块与通信模块反馈信息为基础对电能路由器节点内的电能质量进行控逡逑制，实现微电网内部功率平衡；通信模块负责微电网内信息收集与信息通信，并逡逑与外部系统进行信息交互，保证更大范围的系统稳定运行。逡逑１０逡逑

有功损耗,等比,交直流

逑ｕ}逡逑图２．９交直流同线馈线单相示童图逡逑由交直流同线配电功率的分析可知，当具有相同的线路电压峰值与温升电流逡逑时，交直流同线配电线路具有较高的传输功率，为分析充分利用线路传输能力条逡逑件下的线路传输性能，本文在两系统传输有功功率相同和线路绝缘水平相同的条逡逑件下分析交直流同线配电线路有功损耗。逡逑设两系统传输的有功功率为Ｐ，Ｔａｃ为交流线电流，交流配电线路的有功损逡逑耗Ａ／＾计算如下逡逑ＡＰ＝３Ｉ２Ｒ邋＝邋３（－ｆ＾——１邋Ｒ＝（２－１８）逡逑ＡＣ逦＾ｖ３Ｃ／ａｃｃｏｓ＾）邋Ｊ邋Ｕ２ａｃ邋ｃｏｓ２邋ｑ＞逡逑交直流同线配电系统中，设直流功率则交直流同线配电线路的有逡逑功损耗Ａ？ｔ计算如下逡逑Ｋ及逦（１背＿＿逡逑（２－２０）逡逑＼ｌ－ｙｆ６ｋ＋－ｋ２］ｕ２ＡＣｃｏｓ２ｇ）逡逑Ｖ邋２邋）逡逑Ａ＾＝ＡＰａｃ邋＋邋Ａ／＞ｄ0逦（２－２１）逡逑ｐＫＸｇ—邋（１－／？）２—逦（２．２２）逡逑＾逦３ｋ２Ｒ邋ｌ－＾ｊ６ｋ＋－ｋ２逡逑２逡逑设两系统有功损耗的比例系数为ＦＡＡ／ＡＰＳ，配电系统中交流功率因数取０．９，逡逑线路采用具有代表性的ＹＪＶ－２４０电缆线路，线路参数如表２．１所

电压降落,等比,配电线路

逡逑图２．１０为式（２－２３）的等值线图表示，由图可知通过调节ｍ，々的值，即调逡逑节直流电压与直流功率叠加比例可有效减低交直流同线配电线路的有功功率损逡逑耗。逡逑表２．１邋ＹＪＶ－２４０电澳线路＾逡逑交流电阻（Ｑ．ｋｍ＿１）逦电抗（Ｄ．ｋｍ＿１）逦直流电阻（Ｑ．ｋｍ＿Ｉ）逡逑０．０９８５逦０．０８８１逦０．０７５４逡逑将参数代入式（２－１１）比例系数ｓ计算为逡逑５邋＝邋Ａ＾＝ａ２Ｗ＋邋（ｌ－ｍ）２逦（２－２３）逡逑＾逦ｋ２邋ｒ，逡逑ｌ邋２邋Ｊ逡逑：：［ｔＥ逡逑０．４邋ｓ｜逡逑0．３逡逑0２邋．，－逦逦逦ｉ逡逑＇０．４逦０．５逦０．６逦０．７逦０．８逦０．９逦１．０逡逑直流功率叠加比倾《逡逑图２．１０有功损耗等比图逡逑２．４．３线路电压降落逡逑本文在两系统传输有功功率相同和线路绝缘水平相同的条件下分析交直流逡逑同线配电线路的电压降落。由于配电线路两端相位角相差较小，所以相电压降落逡逑主要考虑纵分量。逡逑设交流配电网传输无功功率为０，电压降落Ａｔ／ＡＣ为逡逑＾Ｕｋｃ＝ｐＲ＾ＱＸ邋＾Ｒ＾ｃｐ＋ｘ＾ｃｐ）逦（２邋２４）逡逑ｖ３Ｃ／ａｃ邋ｖ３ｔ／ＡＣｃｏｓ＾？逡逑交直流同线配电线路电压降落Ａ［／ｔ为

【参考文献】