直流配电网电能路由器控制策略研究
发布时间：2021-06-22 09:55
直流配电网在输送功率容量、系统可控性、成本以及电能质量等方面具有交流配电网无法比拟的优点。电能路由器作为构成能源互联网的节点型单元,承担能量流控制和信息流控制的作用。直流配电网电能路由器由多端口变换单元构成,灵活协调各个电压等级的输入及负荷。变换单元的组合协调控制问题是电能路由器的核心问题之一,本文针对直流配电网电能路由器的综合控制问题进行研究。论文介绍电能路由器的演变过程,分析了各种变换过程的特点,以双有源桥变换作为本文研究的电能路由器主要变换形式,设计了拟研究的直流配电网电能路由器的结构,基于直流配电的节点型控制特性,拟定了电能路由器的电压等级与容量,依此确定了相关变换电路的结构与连接形式,确定了变换单元的控制方法。针对于大功率变换中的变换模块均压均流问题,研究了能量平衡的串入并出型DC/DC变换器的均压控制策略。针对模块化变换器参数存在离散性,导致在变换器占空比都相同的情况下难以做到精确均分电压电流,导致承受负荷较大的模组容易损坏的问题,设计了基于能量反馈的均压控制器,直接控制每组变换器的能量输出均衡,保证输入电压的均分,解决输出电流的均分问题。针对于直流电能路由器多电压等级及复...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三级式电力电子变压器
直流配电网电能路由器控制策略研究6（2）基于多端口变换器[63-66](MultiportConverter，MPC)的电能路由器一般用于中小功率场合，是一种区域电能路由器，适合于居住区的低压配电系统和家庭分布式电源之间的电能转换和功率控制。直流型MPC主要由常规DC-DC变换电路组合而成，目前有很多学者对MPC理论知识进行了丰富的研究。文献[37-39]提出一种结构简单，控制灵活，方便实现的三端口直流变换器，其拓展性能存在缺陷。文献[40]提出三个输入端口和一个输出端口的四端口变换器，主要应用在新能源发电领域，具有开关管利用率高，拓扑结构简单，能量密度高等优势，其缺陷是输入和输出的端口数量有限，能量无法实现双向流动。文献[41-42]分别提出了一种具有电气隔离和功率密度高的多绕组高频变压器的四端口和三端口DC-DC变换器，通过变压器的多绕组实现多种电压等级的输出。这种变换器具有参数调试复杂，生产成本高昂的缺点。文献[43]阐述具有交流母线或直流母线的大容量MPC拓扑结构，各端口与交流母线或直流母线相连，能够实现能量双向流动，现在被广泛应用。但是相互两个端口之间能量传递需要通过大量的变换器实现，在系统需要端口数量较多的时候优势明显，其他情况时存在成本高昂的问题。其中共直流母线形式DC/DC变换器的结构如图1.2所示。图1.2高频链电力电子变压器（3）基于电力线通信技术的电能路由器。该方案由日本学者提出采用传统的电力线通信(PowerLineCommunication，PLC)作为载体，实现能量包分时复用的调度方案[44]，如图1.3所示。通过在一条输电线上调制不同电源的电能，经过调制分配给相应的设备。由于能量包断续传输，通过增加负载侧的滤波器设备和储能设备确保负荷供电的连续性，适合于小型的家庭能源路由器。
硕士学位论文7图1.3调制型电能路由器综上所述，目前我国能源互联网和电能路由器的理论研究正处在拓扑结构优化与关键技术分析的萌芽阶段，标准的技术规范还没有统一制定[23-27]。直流电能路由器具体拓扑结构还需要展开大量的研究，现有的研究大多数是基于EPT的包含交流母线或直流母线的概念阐述，已经提出的MPC结构存在端口数量和能量流动之间难以两全的矛盾，电气隔离性能差等诸多不利的因素，应用在直流电能路由器中存在一些问题[15-18]。本文提出一种新型直流电能路由器拓扑结构，既实现直流电能路由器电压变换、可靠的电气隔离、独立的端口设计、能量双向流动等基本要求，同时与主流共直流母线的结构相比降低了设备成本，提高了效率，缩减占用空间，拓展端口使用的灵活性[52-55]。本文从一下三个方面展开研究，直流电能路由器工作原理、运行模式和控制策略。1.3论文的内容和章节安排根据以上内容，能源互联网是未来电网的发展方向，直流电能路由器作为泛在电力物联网的关键性节点设备既有重要的研究意义。随着直流配电网以及各种新型能源负荷的发展，直流电能路由器有着较大的研究与应用前景。本文主要工作如下：第一章介绍了直流配电网的发展前景、研究方向和电能路由器在国内外的发展情况，介绍并对比了电能路由器具有试验样机的相关设计方案，并给出了相应的变换结构。能源互联网作为电力技术发展的指引方向，还处于摸索之中，大功率开关器件与电能路由器的研究与实践也正处于起步阶段。同时对直流配电的优势及发展做了相关介绍，强调了研究具有的意义。第二章对于直流配电网约束的电能路由器的特点做了介绍，接着针对于直流配电网末端应用场合（如小区，学校，楼宇，企业等）的电能路由器设计了基于双有源桥变换作为主要变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究[J]. 盛万兴,李鹏华,段青,李振,朱存浩. 中国电机工程学报. 2019(21)
[2]分布式可再生能源发电集群并网消纳关键技术及工程实践[J]. 盛万兴,吴鸣,季宇,寇凌峰,潘静,施海峰,牛耕,王中冠. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]输入串联输出并联LCL型并网逆变器系统的目标多重化控制策略[J]. 方天治,张先云,黄淳,何玮,沈乐. 电工技术学报. 2019(06)
[4]三端口直流能量路由器在TCM调制下的优化控制策略[J]. 涂春鸣,栾思平,肖凡,兰征. 电网技术. 2018(08)
[5]微电网多端口变换器拓扑结构研究综述[J]. 曾进辉,何智成,孙志峰,张伯伦. 分布式能源. 2017(06)
[6]大容量多端口变换器拓扑研究综述[J]. 宫金武,查晓明,王盼,刘飞. 电源学报. 2017(05)
[7]基于能量平衡的电能路由器综合控制技术[J]. 冯高辉,赵争鸣,袁立强. 电工技术学报. 2017(14)
[8]一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略[J]. 李响,郭希铮,游小杰,王剑,龚泽宇,黄佳佳. 电工技术学报. 2017(04)
[9]混合级联式电力电子变压器拓扑结构及控制策略[J]. 刘闯,支月媚. 电网技术. 2017(02)
[10]可再生能源发展“十三五”规划[J]. 太阳能. 2017(01)
硕士论文
[1]四端口变换器及其控制策略研究[D]. 周子胡.南京航空航天大学 2013
本文编号：3242631
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三级式电力电子变压器
直流配电网电能路由器控制策略研究6（2）基于多端口变换器[63-66](MultiportConverter，MPC)的电能路由器一般用于中小功率场合，是一种区域电能路由器，适合于居住区的低压配电系统和家庭分布式电源之间的电能转换和功率控制。直流型MPC主要由常规DC-DC变换电路组合而成，目前有很多学者对MPC理论知识进行了丰富的研究。文献[37-39]提出一种结构简单，控制灵活，方便实现的三端口直流变换器，其拓展性能存在缺陷。文献[40]提出三个输入端口和一个输出端口的四端口变换器，主要应用在新能源发电领域，具有开关管利用率高，拓扑结构简单，能量密度高等优势，其缺陷是输入和输出的端口数量有限，能量无法实现双向流动。文献[41-42]分别提出了一种具有电气隔离和功率密度高的多绕组高频变压器的四端口和三端口DC-DC变换器，通过变压器的多绕组实现多种电压等级的输出。这种变换器具有参数调试复杂，生产成本高昂的缺点。文献[43]阐述具有交流母线或直流母线的大容量MPC拓扑结构，各端口与交流母线或直流母线相连，能够实现能量双向流动，现在被广泛应用。但是相互两个端口之间能量传递需要通过大量的变换器实现，在系统需要端口数量较多的时候优势明显，其他情况时存在成本高昂的问题。其中共直流母线形式DC/DC变换器的结构如图1.2所示。图1.2高频链电力电子变压器（3）基于电力线通信技术的电能路由器。该方案由日本学者提出采用传统的电力线通信(PowerLineCommunication，PLC)作为载体，实现能量包分时复用的调度方案[44]，如图1.3所示。通过在一条输电线上调制不同电源的电能，经过调制分配给相应的设备。由于能量包断续传输，通过增加负载侧的滤波器设备和储能设备确保负荷供电的连续性，适合于小型的家庭能源路由器。
硕士学位论文7图1.3调制型电能路由器综上所述，目前我国能源互联网和电能路由器的理论研究正处在拓扑结构优化与关键技术分析的萌芽阶段，标准的技术规范还没有统一制定[23-27]。直流电能路由器具体拓扑结构还需要展开大量的研究，现有的研究大多数是基于EPT的包含交流母线或直流母线的概念阐述，已经提出的MPC结构存在端口数量和能量流动之间难以两全的矛盾，电气隔离性能差等诸多不利的因素，应用在直流电能路由器中存在一些问题[15-18]。本文提出一种新型直流电能路由器拓扑结构，既实现直流电能路由器电压变换、可靠的电气隔离、独立的端口设计、能量双向流动等基本要求，同时与主流共直流母线的结构相比降低了设备成本，提高了效率，缩减占用空间，拓展端口使用的灵活性[52-55]。本文从一下三个方面展开研究，直流电能路由器工作原理、运行模式和控制策略。1.3论文的内容和章节安排根据以上内容，能源互联网是未来电网的发展方向，直流电能路由器作为泛在电力物联网的关键性节点设备既有重要的研究意义。随着直流配电网以及各种新型能源负荷的发展，直流电能路由器有着较大的研究与应用前景。本文主要工作如下：第一章介绍了直流配电网的发展前景、研究方向和电能路由器在国内外的发展情况，介绍并对比了电能路由器具有试验样机的相关设计方案，并给出了相应的变换结构。能源互联网作为电力技术发展的指引方向，还处于摸索之中，大功率开关器件与电能路由器的研究与实践也正处于起步阶段。同时对直流配电的优势及发展做了相关介绍，强调了研究具有的意义。第二章对于直流配电网约束的电能路由器的特点做了介绍，接着针对于直流配电网末端应用场合（如小区，学校，楼宇，企业等）的电能路由器设计了基于双有源桥变换作为主要变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究[J]. 盛万兴,李鹏华,段青,李振,朱存浩. 中国电机工程学报. 2019(21)
[2]分布式可再生能源发电集群并网消纳关键技术及工程实践[J]. 盛万兴,吴鸣,季宇,寇凌峰,潘静,施海峰,牛耕,王中冠. 中国电机工程学报. 2019(08)
[3]输入串联输出并联LCL型并网逆变器系统的目标多重化控制策略[J]. 方天治,张先云,黄淳,何玮,沈乐. 电工技术学报. 2019(06)
[4]三端口直流能量路由器在TCM调制下的优化控制策略[J]. 涂春鸣,栾思平,肖凡,兰征. 电网技术. 2018(08)
[5]微电网多端口变换器拓扑结构研究综述[J]. 曾进辉,何智成,孙志峰,张伯伦. 分布式能源. 2017(06)
[6]大容量多端口变换器拓扑研究综述[J]. 宫金武,查晓明,王盼,刘飞. 电源学报. 2017(05)
[7]基于能量平衡的电能路由器综合控制技术[J]. 冯高辉,赵争鸣,袁立强. 电工技术学报. 2017(14)
[8]一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略[J]. 李响,郭希铮,游小杰,王剑,龚泽宇,黄佳佳. 电工技术学报. 2017(04)
[9]混合级联式电力电子变压器拓扑结构及控制策略[J]. 刘闯,支月媚. 电网技术. 2017(02)
[10]可再生能源发展“十三五”规划[J]. 太阳能. 2017(01)
硕士论文
[1]四端口变换器及其控制策略研究[D]. 周子胡.南京航空航天大学 2013
本文编号：3242631
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