面向多端口交直流混合微电网的功率变换研究

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随着电力负荷的快速增长及分布式电源的大规模接入,交直流混合的中压大功率微电网已成为未来发展趋势。本文针对多端口交直流混合微电网的功率变换技术开展了研究,主要工作如下:
  1)提出了一种新型多端口交直流混合微电网结构,可减少功率变换级数并降低硬件成本;提出了一种控制策略,可通过注入零序电压的方式调整相间有功功率分配,保证电网三相电流对称和直流微电网端口电压稳定。通过三端口和五端口交直流混合微电网算例,验证了所提控制策略在电网电压不对称和直流微电网功率不相等工况下的有效性。
  2)通过分析所提微电网中内部模块的故障情况,提出了一种系统内部故障下的控制策略。当发生故障时,向级联H桥变换器注入零序电压以调整三相参考电压,并注入负序电流以平衡相间有功功率,进而维持直流电容电压均衡,保证系统稳定运行。此外,对所提控制策略下的系统稳定性进行分析并对零序电压注入量进行优选。通过三端口交直流混合微电网算例,验证了所提控制策略的有效性。
  3)研究了所提微电网中前级组件的子模块故障容错控制策略。针对级联H桥变换器组件,提出了一种故障子模块的配置方式及相应改进的容错控制策略,该策略具有更高的输出线电压和更强的容错能力。针对模块化多电平变换器组件,提出了一种适用于多种子模块故障工况的容错控制策略。当故障模块较少时,可降低故障后模块直流电容电压的增加量;当故障模块较多时,可通过注入基波零序电压,提高其容错能力。此外,提出了一种基于虚拟电压的改进调制方法,避免了发生故障后的载波重构。利用不同组件的仿真和实验结果,验证了所提控制策略的有效性。
  4)针对所提微电网后级双主动全桥变换器组件,提出了一种新型模型预测控制策略。该策略可自动调整计算步长,具有误差补偿功能和良好的动态响应性能,可在调节输出侧电压的同时,抑制变压器的峰值电流。仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。
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