适用于微电网的直流型大功率数模混合仿真接口方法
发布时间：2021-06-13 11:10
为满足微电网数模混合仿真大功率和双向功率流的需求,提出了一种直流型的大功率接口方法。首先研究并提出了一种适用于直流系统的稳定性改进接口算法,试验验证了其具有更大的稳定裕度;然后针对直流型数模混合仿真,提出了基于H桥的双向直流型大功率接口的模块化设计方法,可同时满足大容量和功率双向流动的要求。针对同一等值网络进行仿真,加入所提接口的混合仿真与数字仿真的结果一致,验证了该大功率接口方法的有效性;设计基于模糊控制的能量管理策略的应用场景并开展数模混合仿真试验,试验结果验证了直流型大功率接口及其构成的混合仿真系统的稳定性、动态性能和在微电网中的适用性。
【文章来源】：高电压技术. 2020,46(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
直流型改进ITM接口算法Fig.1DC-typeimprovedITMinterfacealgorithm
dp()()RRRzRRR(3)由离散系统稳定性条件|z|<1可得pdd2RRRRR(4)对比未改进的电压型ITM接口算法稳定条件Rp>Rd[10]，且Rd>RdR/(2Rd+R)恒成立，表明改进ITM算法稳定裕度提高，其裕度与R有关，比如取R=Rd/4，则式(4)变为Rp>Rd/9，稳定裕度提高较大。为验证直流型改进ITM接口算法的稳定性，开展了数模混合仿真试验，试验系统将在第3.1节详细介绍，试验电路的参数如表1所示。图2是验证改进ITM接口算法稳定性提高的试验波形，ud和up分别是混合仿真试验中功率接口的输出电压和输出电流，udigi和idigi分别是对相同电路进行纯数字仿真的电压和电流，并在失稳前后对波形进行局部放大。由于需要将数字仿真波形通过D-A模块转换成模拟信号后才能用电压探头进行测量，因此将udigi缩小了50倍，而idigi不缩放。最初混合仿真采用未改进ITM接口算法运行在稳定条件下；t1时刻在数字仿真子系统中串联一个附加电阻Ra=8，系统因不满足传统ITM算法稳定条件而振荡失稳，考虑到试验安全，失稳过程中将功率接口输出电压限幅为220V；t2时刻切换成改进ITM算法，系统稳定裕度增加，经过短暂振荡后重新进入稳定运行。1.2双向直流大功率接口设计微电网的数模混合仿真可包含多个大功率物理模拟设备，需要交互的功率量较大，同时由于可再生能源并网或蓄电池储放能时会倒送功率回配电网，因此要求功率接口既要满足大功率需求，又要能量双向流动。由于Buck或Boost电路能量只能单向流动，因此本文基于H桥结构?
PI控制器简单可靠，稳定性好，对直流系统可实现无静差控制，并且易于硬件实现。功率接口采用N级功率胞并联结构，其控制脉冲序列采用180°/N载波移相PWM调制方式，成倍提高了等效开关频率，可有效抑制直流电压纹波，提高混合仿真准确性。2软件仿真验证为验证该大功率接口方法的有效性、功率接口的特性以及对环形直流微电网的适用性，首先采用了MATLAB/Simulink进行了软件仿真验证，并为开展数模混合仿真试验奠定了一定基矗2.1功率接口输出性能验证在MATLAB/Simulink中建立图3所示直流型功率接口的仿真模型，其中N=3、Lf=5mH、Cf=20μF、开关频率为5kHz。功率胞由400V的直流电压源供电，功率接口额定输出直流电压为±200V。仿真时，仅给定功率接口的指令电压信号，控制端口输出电压，通过指令电压信号与输出电压的对比，验证功率接口本身的输出性能。图5所示分别为设置指令电压信号为额定输出、阶跃和阶梯波，其端口输出电压与指令电压信号的对比波形。由图5(b)可知，输出电压稳态误差在0.8V以内，准确性较好。输出电压可快速跟踪图4直流型功率接口控制策略Fig.4ControlstrategyoftheDC-typepowerinterface图5功率接口多种波形输出特性对比Fig.5Comparisonsofvariousoutputwaveformsofthepowerinterface指令电压信号，动态性能较好，验证了该直流型功率接口设计和控制的有效性。2.2接口系统双向功率流验证在验证了直流型功率接口输出特性的基础上，针对直流微电网的等值系统，采用直流型改进ITM接口算法，进行了混合仿真，以验证功率接口的双向功率流的特性。选取的原系统和混合仿真系统如
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于集合经验模态分解的交直流混合微电网混合储能容量优化配置[J]. 郭玲娟,魏斌,韩肖清,李雯. 高电压技术. 2020(02)
[2]孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略[J]. 刘子文,苗世洪,范志华,康祎龙,晁凯云,孙丹丹. 中国电机工程学报. 2019(21)
[3]基于控保协同的环形直流微网测距式保护[J]. 薛士敏,刘存甲,李蒸,陆俊弛. 高电压技术. 2019(10)
[4]基于功率互济的柔性互联多微网孤岛运行多层协调控制策略[J]. 吴攀,黄文焘,邰能灵,陆昱,倪春华,宗明. 高电压技术. 2019(10)
[5]现代电力系统大功率数模混合实时仿真实现[J]. 曾杰,冷凤,陈晓科,陈迅,李俊林,毛承雄. 电力系统自动化. 2017(08)
[6]直流微电网关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,王成山,李运帷. 中国电机工程学报. 2016(01)
[7]应对微网群大规模接入的互联和互动新方案及关键技术[J]. 裴玮,杜妍,李洪涛,杨艳红,邓卫,齐智平. 高电压技术. 2015(10)
[8]直流微网混合式零电压开关直流断路器[J]. 黄金强,廖敏夫,葛国伟,段雄英,王善军,董恩源. 高电压技术. 2015(09)
[9]微电网技术综述[J]. 杨新法,苏剑,吕志鹏,刘海涛,李蕊. 中国电机工程学报. 2014(01)
[10]高压直流输电系统数字物理动态仿真[J]. 周俊,郭剑波,胡涛,印永华,郭强,蒋卫平,朱艺颖. 电工技术学报. 2012(05)
本文编号：3227379
【文章来源】：高电压技术. 2020,46(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
直流型改进ITM接口算法Fig.1DC-typeimprovedITMinterfacealgorithm
dp()()RRRzRRR(3)由离散系统稳定性条件|z|<1可得pdd2RRRRR(4)对比未改进的电压型ITM接口算法稳定条件Rp>Rd[10]，且Rd>RdR/(2Rd+R)恒成立，表明改进ITM算法稳定裕度提高，其裕度与R有关，比如取R=Rd/4，则式(4)变为Rp>Rd/9，稳定裕度提高较大。为验证直流型改进ITM接口算法的稳定性，开展了数模混合仿真试验，试验系统将在第3.1节详细介绍，试验电路的参数如表1所示。图2是验证改进ITM接口算法稳定性提高的试验波形，ud和up分别是混合仿真试验中功率接口的输出电压和输出电流，udigi和idigi分别是对相同电路进行纯数字仿真的电压和电流，并在失稳前后对波形进行局部放大。由于需要将数字仿真波形通过D-A模块转换成模拟信号后才能用电压探头进行测量，因此将udigi缩小了50倍，而idigi不缩放。最初混合仿真采用未改进ITM接口算法运行在稳定条件下；t1时刻在数字仿真子系统中串联一个附加电阻Ra=8，系统因不满足传统ITM算法稳定条件而振荡失稳，考虑到试验安全，失稳过程中将功率接口输出电压限幅为220V；t2时刻切换成改进ITM算法，系统稳定裕度增加，经过短暂振荡后重新进入稳定运行。1.2双向直流大功率接口设计微电网的数模混合仿真可包含多个大功率物理模拟设备，需要交互的功率量较大，同时由于可再生能源并网或蓄电池储放能时会倒送功率回配电网，因此要求功率接口既要满足大功率需求，又要能量双向流动。由于Buck或Boost电路能量只能单向流动，因此本文基于H桥结构?
PI控制器简单可靠，稳定性好，对直流系统可实现无静差控制，并且易于硬件实现。功率接口采用N级功率胞并联结构，其控制脉冲序列采用180°/N载波移相PWM调制方式，成倍提高了等效开关频率，可有效抑制直流电压纹波，提高混合仿真准确性。2软件仿真验证为验证该大功率接口方法的有效性、功率接口的特性以及对环形直流微电网的适用性，首先采用了MATLAB/Simulink进行了软件仿真验证，并为开展数模混合仿真试验奠定了一定基矗2.1功率接口输出性能验证在MATLAB/Simulink中建立图3所示直流型功率接口的仿真模型，其中N=3、Lf=5mH、Cf=20μF、开关频率为5kHz。功率胞由400V的直流电压源供电，功率接口额定输出直流电压为±200V。仿真时，仅给定功率接口的指令电压信号，控制端口输出电压，通过指令电压信号与输出电压的对比，验证功率接口本身的输出性能。图5所示分别为设置指令电压信号为额定输出、阶跃和阶梯波，其端口输出电压与指令电压信号的对比波形。由图5(b)可知，输出电压稳态误差在0.8V以内，准确性较好。输出电压可快速跟踪图4直流型功率接口控制策略Fig.4ControlstrategyoftheDC-typepowerinterface图5功率接口多种波形输出特性对比Fig.5Comparisonsofvariousoutputwaveformsofthepowerinterface指令电压信号，动态性能较好，验证了该直流型功率接口设计和控制的有效性。2.2接口系统双向功率流验证在验证了直流型功率接口输出特性的基础上，针对直流微电网的等值系统，采用直流型改进ITM接口算法，进行了混合仿真，以验证功率接口的双向功率流的特性。选取的原系统和混合仿真系统如
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于集合经验模态分解的交直流混合微电网混合储能容量优化配置[J]. 郭玲娟,魏斌,韩肖清,李雯. 高电压技术. 2020(02)
[2]孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略[J]. 刘子文,苗世洪,范志华,康祎龙,晁凯云,孙丹丹. 中国电机工程学报. 2019(21)
[3]基于控保协同的环形直流微网测距式保护[J]. 薛士敏,刘存甲,李蒸,陆俊弛. 高电压技术. 2019(10)
[4]基于功率互济的柔性互联多微网孤岛运行多层协调控制策略[J]. 吴攀,黄文焘,邰能灵,陆昱,倪春华,宗明. 高电压技术. 2019(10)
[5]现代电力系统大功率数模混合实时仿真实现[J]. 曾杰,冷凤,陈晓科,陈迅,李俊林,毛承雄. 电力系统自动化. 2017(08)
[6]直流微电网关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,王成山,李运帷. 中国电机工程学报. 2016(01)
[7]应对微网群大规模接入的互联和互动新方案及关键技术[J]. 裴玮,杜妍,李洪涛,杨艳红,邓卫,齐智平. 高电压技术. 2015(10)
[8]直流微网混合式零电压开关直流断路器[J]. 黄金强,廖敏夫,葛国伟,段雄英,王善军,董恩源. 高电压技术. 2015(09)
[9]微电网技术综述[J]. 杨新法,苏剑,吕志鹏,刘海涛,李蕊. 中国电机工程学报. 2014(01)
[10]高压直流输电系统数字物理动态仿真[J]. 周俊,郭剑波,胡涛,印永华,郭强,蒋卫平,朱艺颖. 电工技术学报. 2012(05)
本文编号：3227379
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