直流配电网用三端口谐振变换器的混合控制与稳定性分析
发布时间：2021-07-30 02:50
随着分布式能源和储能设备大量地接入,低压直流配电网技术逐渐受到人们的关注。作为直流配电网的核心设备,直流变换器通常由多个双端口隔离直流变换器构成。而多端口直流变换器无需外加电路,通过多绕组变压器就可以连接多个直流源。在隔离型多端口直流变换器中研究和应用较为广泛的是三端口隔离双向全桥直流变换器,在这种变换器中增加对称的CLLC谐振网络后,会呈现功率双向传输、转换效率高、软开关等优点。因此,本文研究对象为三端口 CLLC谐振型隔离双向直流变换器。传统变频控制（Pulse Frequency Modulation,PFM）未考虑谐振点个数对频率调节的作用规律,导致直流配电网中三端口的储能单元电压增益范围难以满足需求。针对该问题,本文提出了基于三端口谐振隔离双向直流变换器的PFM+PWM（Pulse Width Modulation,PWM）混合控制策略,在稳定输出电压和确保最大效率传输的同时,实现宽范围电压增益并减小电压纹波。首先建立三端口隔离型双向谐振直流变换器等效电路,分析电路工作模态。其次,基于本文所提混合控制策略,推导得出三端口 CLLC谐振型隔离双向直流变换器的输出-输入传递函数,...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直流电网功率流动管理的开关模型
西安理工大学专业硕士学位论文2图1-1直流电网功率流动管理的开关模型Fig.1-1Switchingmodelforpowerflowmanagementofdcpowergrid在2007年罗马尼亚布加勒斯特理工大学通过包含替代电源的直流配电网来提高电网的运行效率和电能质量，同年北美弗吉尼亚理工大学CPES中心提出SBI计划，并在2010年将其发展成为四级分层式交直流混合配电网概念性互联网络结构。与此同时，美国北卡罗莱纳州立大学提出如图1-2所示的“TheFutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement,(FREEDM)”结构，这个系统能够实现对交直流混合配电网分布式电源和储能的接入和管理，其中固态变压器是为了将分布式电源、储能以及直流负载等接入电网[18-21]。图1-2FREEDM系统概念图Fig.1-2SystemconceptmapofFREEDM我国在直流配电网的建模和控制策略保护等领域也有相关研究，2015年，由浙江国网公司发起的“高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术”课题研究，主要解决可再生能源大量接入所带来的电网结构复杂以及微网运行的未知性等问题，能够完成区域间柔性直流互联的供电以及闭环控制的交直流混合电网。2017年，国家科技部启动了“智能电网技术与装备”计划，并且开展了交直流混合配电网的研究和试点工作，目前已经建成天生桥—广州、哈密—郑州、准东—成都等多条直流输电线路，最终形成交直流混合的
绪论3电网[22-24]。如图1-3所示，由于直流负载和分布式电源（光伏、燃料电池和风电等）被大量接纳到电网，配电网荷源储的直流特征愈加明显，若是延用传统的交流配用电模式，不仅增加了中间转换环节以及并网的难度，降低系统的效率，而且还会影响电能质量和供电可靠性，所以当前的配电网结构需要改变。为了解决分布式电源和直流负载都需要经过复杂的换流环节才能接入到交流配电网中这一问题，我们需要对直流配电网进行更深入的研究，从而能够尽快完成交直流混合配电网向完全直流配电方式的转化。因此本文的相关工作围绕直流配网展开[25-27]。在分布式能源日趋广泛应用的时代下，传统双端口变换器已经不能满足如今配电网的需求。利用多端口直流变换器不仅可以减小系统的设计难度和成本，而且还能够增强系统的稳定性同时优化其潮流分配。理论上它还可以容纳不同的负载，实现系统内部的协调和优化控制，克服了多个设备接入母线引发的兼容问题。因此，多端口直流变换器在直流配电网中是不可或缺的，在未来具有较好的发展前景[28-30]。图1-3新能源接入交直流混合配电网Fig.1-3ComparisonofenergyaccesstoDCandACdistributionnetworks1.2多端口直流变换器的研究现状本文关于多端口变换器的研究主要包括拓扑结构和控制策略两个方面，这一部分介绍的研究现状会围绕这两个部分展开。1.2.1多端口拓扑结构发展与现状早在20世纪80年代初，就有美国学者在人造卫星的太阳能电源系统中使用了双向直流变换器，之后其在电动车辆、备用电源等领域中得到广泛应用[31]。根据变换器的端口连接方式分类，多端口双向直流变换器可以划分为三大类，非隔离型、部分隔离型和完全隔离型，在2000年，国内南京航空航天大学系统提出软开关PWM三电平高增益直流变换器的九种?
【参考文献】：
期刊论文
[1]交直流配电网典型形态特征对比与应用模式[J]. 韩俊,袁栋,谢珍建,何晋伟,刘利国,杜渐,蔡超. 电力建设. 2020(03)
[2]低压直流配电系统保护研究综述[J]. 李永刚,韩冰. 华北电力大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]考虑风电不确定性的交直流混合配电网分布式优化运行[J]. 王家怡,高红均,刘友波,刘俊勇,袁晓冬,贺帅佳. 中国电机工程学报. 2020(02)
[4]直流配电网分布式光伏并网功率控制策略研究[J]. 郑广泛,李琰,刘宏志,徐鹏超. 电力电子技术. 2019(12)
[5]直流配电系统控制与保护协同关键技术及展望[J]. 王守相,刘琪,薛士敏,袁栋,王晨清,杨景刚. 电力系统自动化. 2019(23)
[6]直流配电网运行控制关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,黄迪,赵一奇,王成山. 高电压技术. 2019(10)
[7]新一代电力系统灵活柔性特征研究[J]. 訾振宁,何永君,赵东元,陈羽飞,詹庆才. 电气工程学报. 2019(03)
[8]三端口DC/DC变换器预测电流移相控制[J]. 张国荣,李智,陆翌,王朝亮,许烽. 电力系统保护与控制. 2019(13)
[9]基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型直流变换器运行特性分析[J]. 李舒成,刘邦银,姜庆,段善旭. 电工技术学报. 2019(S2)
[10]交直流混合配电网继电保护研究综述[J]. 张兆云,林璞,王星华. 电力系统保护与控制. 2019(05)
博士论文
[1]模块化三端口直流变换系统研究[D]. 张君君.南京航空航天大学 2016
[2]基本DC/DC变换器的组合拓扑及控制方法研究[D]. 罗全明.重庆大学 2008
硕士论文
[1]用于光储系统的三端口电源变换器及其控制策略研究[D]. 齐贤斌.哈尔滨工业大学 2019
[2]双向全桥LLC谐振变换器的优化控制与设计[D]. 张丰一.山东大学 2019
[3]模块化高增益直流变换器[D]. 杨帆.北京交通大学 2019
[4]三端口直流变换器的研究与设计[D]. 吴郁.南京航空航天大学 2019
[5]固态变压器中双向隔离型DC/DC变换器的研究[D]. 王悦妹.太原理工大学 2018
[6]基于GaN HEMT的双向谐振直流变换器同步PWM调制策略研究[D]. 姜庆.华中科技大学 2018
[7]三电平全桥直流变换器控制方法研究[D]. 牛海超.哈尔滨工程大学 2018
[8]基于光伏发电系统的三端口直流变换器研究[D]. 张博文.天津大学 2018
[9]光储发电系统三端口DC/DC变换器硬解耦与控制方法研究[D]. 杨旭.哈尔滨工业大学 2016
[10]适合中小功率的高效隔离型升压变换器研究[D]. 钱彬.南京航空航天大学 2016
本文编号：3310535
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直流电网功率流动管理的开关模型
西安理工大学专业硕士学位论文2图1-1直流电网功率流动管理的开关模型Fig.1-1Switchingmodelforpowerflowmanagementofdcpowergrid在2007年罗马尼亚布加勒斯特理工大学通过包含替代电源的直流配电网来提高电网的运行效率和电能质量，同年北美弗吉尼亚理工大学CPES中心提出SBI计划，并在2010年将其发展成为四级分层式交直流混合配电网概念性互联网络结构。与此同时，美国北卡罗莱纳州立大学提出如图1-2所示的“TheFutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement,(FREEDM)”结构，这个系统能够实现对交直流混合配电网分布式电源和储能的接入和管理，其中固态变压器是为了将分布式电源、储能以及直流负载等接入电网[18-21]。图1-2FREEDM系统概念图Fig.1-2SystemconceptmapofFREEDM我国在直流配电网的建模和控制策略保护等领域也有相关研究，2015年，由浙江国网公司发起的“高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术”课题研究，主要解决可再生能源大量接入所带来的电网结构复杂以及微网运行的未知性等问题，能够完成区域间柔性直流互联的供电以及闭环控制的交直流混合电网。2017年，国家科技部启动了“智能电网技术与装备”计划，并且开展了交直流混合配电网的研究和试点工作，目前已经建成天生桥—广州、哈密—郑州、准东—成都等多条直流输电线路，最终形成交直流混合的
绪论3电网[22-24]。如图1-3所示，由于直流负载和分布式电源（光伏、燃料电池和风电等）被大量接纳到电网，配电网荷源储的直流特征愈加明显，若是延用传统的交流配用电模式，不仅增加了中间转换环节以及并网的难度，降低系统的效率，而且还会影响电能质量和供电可靠性，所以当前的配电网结构需要改变。为了解决分布式电源和直流负载都需要经过复杂的换流环节才能接入到交流配电网中这一问题，我们需要对直流配电网进行更深入的研究，从而能够尽快完成交直流混合配电网向完全直流配电方式的转化。因此本文的相关工作围绕直流配网展开[25-27]。在分布式能源日趋广泛应用的时代下，传统双端口变换器已经不能满足如今配电网的需求。利用多端口直流变换器不仅可以减小系统的设计难度和成本，而且还能够增强系统的稳定性同时优化其潮流分配。理论上它还可以容纳不同的负载，实现系统内部的协调和优化控制，克服了多个设备接入母线引发的兼容问题。因此，多端口直流变换器在直流配电网中是不可或缺的，在未来具有较好的发展前景[28-30]。图1-3新能源接入交直流混合配电网Fig.1-3ComparisonofenergyaccesstoDCandACdistributionnetworks1.2多端口直流变换器的研究现状本文关于多端口变换器的研究主要包括拓扑结构和控制策略两个方面，这一部分介绍的研究现状会围绕这两个部分展开。1.2.1多端口拓扑结构发展与现状早在20世纪80年代初，就有美国学者在人造卫星的太阳能电源系统中使用了双向直流变换器，之后其在电动车辆、备用电源等领域中得到广泛应用[31]。根据变换器的端口连接方式分类，多端口双向直流变换器可以划分为三大类，非隔离型、部分隔离型和完全隔离型，在2000年，国内南京航空航天大学系统提出软开关PWM三电平高增益直流变换器的九种?
【参考文献】：
期刊论文
[1]交直流配电网典型形态特征对比与应用模式[J]. 韩俊,袁栋,谢珍建,何晋伟,刘利国,杜渐,蔡超. 电力建设. 2020(03)
[2]低压直流配电系统保护研究综述[J]. 李永刚,韩冰. 华北电力大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]考虑风电不确定性的交直流混合配电网分布式优化运行[J]. 王家怡,高红均,刘友波,刘俊勇,袁晓冬,贺帅佳. 中国电机工程学报. 2020(02)
[4]直流配电网分布式光伏并网功率控制策略研究[J]. 郑广泛,李琰,刘宏志,徐鹏超. 电力电子技术. 2019(12)
[5]直流配电系统控制与保护协同关键技术及展望[J]. 王守相,刘琪,薛士敏,袁栋,王晨清,杨景刚. 电力系统自动化. 2019(23)
[6]直流配电网运行控制关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,黄迪,赵一奇,王成山. 高电压技术. 2019(10)
[7]新一代电力系统灵活柔性特征研究[J]. 訾振宁,何永君,赵东元,陈羽飞,詹庆才. 电气工程学报. 2019(03)
[8]三端口DC/DC变换器预测电流移相控制[J]. 张国荣,李智,陆翌,王朝亮,许烽. 电力系统保护与控制. 2019(13)
[9]基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型直流变换器运行特性分析[J]. 李舒成,刘邦银,姜庆,段善旭. 电工技术学报. 2019(S2)
[10]交直流混合配电网继电保护研究综述[J]. 张兆云,林璞,王星华. 电力系统保护与控制. 2019(05)
博士论文
[1]模块化三端口直流变换系统研究[D]. 张君君.南京航空航天大学 2016
[2]基本DC/DC变换器的组合拓扑及控制方法研究[D]. 罗全明.重庆大学 2008
硕士论文
[1]用于光储系统的三端口电源变换器及其控制策略研究[D]. 齐贤斌.哈尔滨工业大学 2019
[2]双向全桥LLC谐振变换器的优化控制与设计[D]. 张丰一.山东大学 2019
[3]模块化高增益直流变换器[D]. 杨帆.北京交通大学 2019
[4]三端口直流变换器的研究与设计[D]. 吴郁.南京航空航天大学 2019
[5]固态变压器中双向隔离型DC/DC变换器的研究[D]. 王悦妹.太原理工大学 2018
[6]基于GaN HEMT的双向谐振直流变换器同步PWM调制策略研究[D]. 姜庆.华中科技大学 2018
[7]三电平全桥直流变换器控制方法研究[D]. 牛海超.哈尔滨工程大学 2018
[8]基于光伏发电系统的三端口直流变换器研究[D]. 张博文.天津大学 2018
[9]光储发电系统三端口DC/DC变换器硬解耦与控制方法研究[D]. 杨旭.哈尔滨工业大学 2016
[10]适合中小功率的高效隔离型升压变换器研究[D]. 钱彬.南京航空航天大学 2016
本文编号：3310535
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