微网中多端口隔离型DC-DC变换器的虚拟惯性控制策略研究
发布时间：2021-08-21 11:09
随着直流微源和直流负载的使用日益增多,直流微电网开始兴起。为增强直流母线电压的抗扰能力,有学者提出在直流微网中引入类似虚拟同步发电机的虚拟惯性控制策略,即虚拟电容控制,有效增强直流微网的惯性。考虑当前分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求,结合直流微网惯性低,母线电压质量较差问题,研究 了一种多端口 隔离型 DC-DC 变换器（Multi-port isolated DC-DC converter,MPIC）的虚拟电容控制策略,并围绕其功率控制展开研究:首先,介绍了课题研究背景,直流微网虚拟惯性控制技术以及隔离型DC-DC变换器在国内外的研究现状。其次,介绍了 MPIC的拓扑结构和控制方法;类比分析了交流微网中的虚拟同步发电机技术和直流微网中的虚拟电容技术,探究了两者之间的相似与不同之处。同时,分别介绍了光伏单元的MPPT控制和储能单元的虚拟电容控制,并基于MPIC探讨了光伏单元和储能单元之间的协调控制策略。然后,提出了适用于MPIC的改进虚拟电容（Improved virtual capacitor,IVC）控制策略,可根据直流母线电压偏移额定值的程度动态调节虚...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含隔离型DC-DC变换器的直流微网架构图
?-2所示。优点是组件数量少，功率级效率高；缺点是升降压范围较窄，不适合高电压增益的应用场合。尤其当输入输出电压的比值过大时，为满足高电压增益比的要求，开关管不得不工作于极限占空比状态。即其中一个开关管的占空比接近于1，另外一个开关管的占空比接近于0，此时两个开关管承受电压和电流应力会急剧增加，从而造成效率的大幅下降。虽然研究人员也提出了一些可以实现高效率高增益比变换的拓扑[10-11]，但是考虑到电压增益、转换效率、可靠性等因素，隔离型DC-DC变换器仍然是小功率蓄电池发电系统的主要技术方案。图1-2Buck/Boost结构示意图Fig.1-2ThestructurediagramofBuck/Boost考虑当前直流微网中分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求，文献[12]提出了一种双向移相全桥变换器，具备ZVS特性，可以提高变换器的工作效率，但该变换器需要调节输入电压来保持输出电压恒定，只能实现降压控制。文献[13-14]采用Boost移相全桥变换器，该拓扑适用于双向功率转换，具有用于低压到高压功率转换的升压模式和用于高压到低压转换的降压模式，但是该类变换器需要用到RCD、无损缓冲等辅助电路，增加了电路成本和复杂性，降低了变换器的效率，故谐振型变换器正成为高功率DC-DC变换器应用的理想拓扑结构[15]。相比于非谐振型变换器，这类拓扑提供了很多优势，包括软开关控制，高频操作，低EMI，简单的控制，高效率
2多端口隔离型DC-DC变换器及其控制原理72多端口隔离型DC-DC变换器及其控制原理2.1引言多端口隔离型DC-DC变换器具有许多优点，如高升/降压比，电气隔离，功率双向流动和简单的软开关控制[18]，由CLLC谐振变换器和交错Buck/Boost变换器级联而成，可广泛应用于分布式发电系统[9]，电动汽车以及其他新兴能源转换系统[43]，具有广阔应用前景。随着直流微源和直流负载的使用日益增多，直流微电网开始兴起[44-45]。然而，直流微网本身惯性较低，其母线电压容易受到间歇性可再生能源和局部负载变化引起的功率波动影响[46-48]。尤其在离网模式下，仅靠储能系统调节直流母线上的电压与功率平衡，对储能设备的容量、输出特性及成本都提出较高要求，不利于微电网的推广及维护[49-50]。同时，考虑当前直流微网中分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求，有必要提出一种应用于隔离型DC-DC变换器的虚拟惯性控制策略，MPIC符合本文要求。2.2MPIC拓扑结构和控制方法2.2.1拓扑结构构建图2-1所示的光储直流微网系统，其组成部分为：1）光伏单元和储能装置通过两级式隔离双向DC-DC变换器接入400V直流母线，与直流负载组成三端口直流变换器；2）将CLLC谐振电路作为两级式变换器的前级，交错Buck/Boost电路作为后级。出于成本考虑，将光伏接口变换器的后级用交错Boost电路替代。图中，udc为直流母线电压，idc为直流输出电流；nT为变压器匝比；Lm、Lr为谐振腔励磁电感和谐振电感，C1、C2为图2-1含MPIC的光储直流微网结构图Figur.2-1DCmicrogridstructurediagramofphotovoltaicenergystoragewithMPIC
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析[J]. 孟建辉,邹培根,王毅,王琛. 电工技术学报. 2019(12)
[2]基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略[J]. 朱晓荣,孟凡奇,谢志云. 电力系统自动化. 2019(21)
[3]虚拟电容控制下并网型直流微网VSC多约束稳定运行边界[J]. 孟建辉,宋美琪,王毅,彭嘉琳. 电力系统自动化. 2019(15)
[4]三端口直流微网母线电压控制器及多目标控制[J]. 李微,周雪松,马幼捷,高志强,杨良. 电工技术学报. 2019(01)
[5]软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器[J]. 李鹏程,张纯江,阚志忠,贲冰. 中国电机工程学报. 2018(11)
[6]超级电容接口双向DC-DC变换器的电压快恢复控制策略[J]. 刘宿城,甘洋洋,刘晓东,刘雁飞. 电工技术学报. 2018(23)
[7]基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略[J]. 肖湘宁,王鹏,陈萌. 电工技术学报. 2018(08)
[8]具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略[J]. 张辉,谭树成,肖曦,支娜. 高电压技术. 2018(01)
[9]直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究[J]. 李培强,董彦婷,段克会,伍文华. 电力系统保护与控制. 2017(17)
[10]模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略[J]. 张辉,张凯涛,肖曦,支娜,谭树成. 电力系统自动化. 2017(20)
硕士论文
[1]微网中接口变换器的多时间尺度分层协同控制策略研究[D]. 宋琼.西安理工大学 2017
[2]基于超级电容储能的光伏发电系统技术研究[D]. 符江升.西南交通大学 2012
[3]一种高升压比DC/DC变换器设计[D]. 吴小田.浙江大学 2012
本文编号：3355487
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含隔离型DC-DC变换器的直流微网架构图
?-2所示。优点是组件数量少，功率级效率高；缺点是升降压范围较窄，不适合高电压增益的应用场合。尤其当输入输出电压的比值过大时，为满足高电压增益比的要求，开关管不得不工作于极限占空比状态。即其中一个开关管的占空比接近于1，另外一个开关管的占空比接近于0，此时两个开关管承受电压和电流应力会急剧增加，从而造成效率的大幅下降。虽然研究人员也提出了一些可以实现高效率高增益比变换的拓扑[10-11]，但是考虑到电压增益、转换效率、可靠性等因素，隔离型DC-DC变换器仍然是小功率蓄电池发电系统的主要技术方案。图1-2Buck/Boost结构示意图Fig.1-2ThestructurediagramofBuck/Boost考虑当前直流微网中分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求，文献[12]提出了一种双向移相全桥变换器，具备ZVS特性，可以提高变换器的工作效率，但该变换器需要调节输入电压来保持输出电压恒定，只能实现降压控制。文献[13-14]采用Boost移相全桥变换器，该拓扑适用于双向功率转换，具有用于低压到高压功率转换的升压模式和用于高压到低压转换的降压模式，但是该类变换器需要用到RCD、无损缓冲等辅助电路，增加了电路成本和复杂性，降低了变换器的效率，故谐振型变换器正成为高功率DC-DC变换器应用的理想拓扑结构[15]。相比于非谐振型变换器，这类拓扑提供了很多优势，包括软开关控制，高频操作，低EMI，简单的控制，高效率
2多端口隔离型DC-DC变换器及其控制原理72多端口隔离型DC-DC变换器及其控制原理2.1引言多端口隔离型DC-DC变换器具有许多优点，如高升/降压比，电气隔离，功率双向流动和简单的软开关控制[18]，由CLLC谐振变换器和交错Buck/Boost变换器级联而成，可广泛应用于分布式发电系统[9]，电动汽车以及其他新兴能源转换系统[43]，具有广阔应用前景。随着直流微源和直流负载的使用日益增多，直流微电网开始兴起[44-45]。然而，直流微网本身惯性较低，其母线电压容易受到间歇性可再生能源和局部负载变化引起的功率波动影响[46-48]。尤其在离网模式下，仅靠储能系统调节直流母线上的电压与功率平衡，对储能设备的容量、输出特性及成本都提出较高要求，不利于微电网的推广及维护[49-50]。同时，考虑当前直流微网中分布式微源对高升/降压比、电气隔离以及高效率变换器的急切需求，有必要提出一种应用于隔离型DC-DC变换器的虚拟惯性控制策略，MPIC符合本文要求。2.2MPIC拓扑结构和控制方法2.2.1拓扑结构构建图2-1所示的光储直流微网系统，其组成部分为：1）光伏单元和储能装置通过两级式隔离双向DC-DC变换器接入400V直流母线，与直流负载组成三端口直流变换器；2）将CLLC谐振电路作为两级式变换器的前级，交错Buck/Boost电路作为后级。出于成本考虑，将光伏接口变换器的后级用交错Boost电路替代。图中，udc为直流母线电压，idc为直流输出电流；nT为变压器匝比；Lm、Lr为谐振腔励磁电感和谐振电感，C1、C2为图2-1含MPIC的光储直流微网结构图Figur.2-1DCmicrogridstructurediagramofphotovoltaicenergystoragewithMPIC
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于灵活虚拟惯性控制的直流微网小信号建模及参数分析[J]. 孟建辉,邹培根,王毅,王琛. 电工技术学报. 2019(12)
[2]基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略[J]. 朱晓荣,孟凡奇,谢志云. 电力系统自动化. 2019(21)
[3]虚拟电容控制下并网型直流微网VSC多约束稳定运行边界[J]. 孟建辉,宋美琪,王毅,彭嘉琳. 电力系统自动化. 2019(15)
[4]三端口直流微网母线电压控制器及多目标控制[J]. 李微,周雪松,马幼捷,高志强,杨良. 电工技术学报. 2019(01)
[5]软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器[J]. 李鹏程,张纯江,阚志忠,贲冰. 中国电机工程学报. 2018(11)
[6]超级电容接口双向DC-DC变换器的电压快恢复控制策略[J]. 刘宿城,甘洋洋,刘晓东,刘雁飞. 电工技术学报. 2018(23)
[7]基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略[J]. 肖湘宁,王鹏,陈萌. 电工技术学报. 2018(08)
[8]具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略[J]. 张辉,谭树成,肖曦,支娜. 高电压技术. 2018(01)
[9]直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究[J]. 李培强,董彦婷,段克会,伍文华. 电力系统保护与控制. 2017(17)
[10]模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略[J]. 张辉,张凯涛,肖曦,支娜,谭树成. 电力系统自动化. 2017(20)
硕士论文
[1]微网中接口变换器的多时间尺度分层协同控制策略研究[D]. 宋琼.西安理工大学 2017
[2]基于超级电容储能的光伏发电系统技术研究[D]. 符江升.西南交通大学 2012
[3]一种高升压比DC/DC变换器设计[D]. 吴小田.浙江大学 2012
本文编号：3355487
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