【摘 要】
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为缓解化石燃料的大量使用带来的资源枯竭、环境污染、能源安全等问题,我国相继提出了“能源互联网”、“碳达峰”、“碳中和”等战略。在此背景下,光伏、风电等分布式可再生能源以及配套的储能设备大量接入电网,一定程度上改变了电网的供电形式、能量流动方向,给传统电网带来了压力与挑战。电能路由器作为未来能源互联网中的关键设备,可以提供多种不同电压等级的端口,并具有主动的能量管理能力和良好的分布式新能源消纳能力,
【基金项目】
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国家自然科学基金资助,资助号52077197,基于脉冲序列重塑的低载波比多电平变流器谐波抑制与动态调控方法研究;
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为缓解化石燃料的大量使用带来的资源枯竭、环境污染、能源安全等问题,我国相继提出了“能源互联网”、“碳达峰”、“碳中和”等战略。在此背景下,光伏、风电等分布式可再生能源以及配套的储能设备大量接入电网,一定程度上改变了电网的供电形式、能量流动方向,给传统电网带来了压力与挑战。电能路由器作为未来能源互联网中的关键设备,可以提供多种不同电压等级的端口,并具有主动的能量管理能力和良好的分布式新能源消纳能力,因此受到了广泛关注。针对电能路由器对各端口进行能量控制时所面临的经济性、稳定性等问题,本文根据不同类型电能路由器的变流器特性对其能量控制策略展开研究,主要内容如下:首先,对区域电能路由器进行了原理分析。介绍了不同应用场景下的电能路由器分类与拓扑选择,对区域电能路由器的拓扑结构进行了分析与建模,介绍了其调制方案与控制策略,并进行了仿真验证。其次,提出了一种计及区域电能路由器使用寿命能量调度策略。基于电能路由器的失效因素,通过损耗和热分析,建立运行功率与预期寿命之间的关系,进而将模块寿命折算进系统运行成本的目标函数中,从而提出一种计及区域电能路由器使用寿命的能量控制策略。该策略可以延长电力电子设备的寿命,提高系统可靠性。再次,设计了针对家庭电能路由器的三层能量控制策略。设计了一种基于多端口变换器拓扑的应用于家庭微网的家庭电能路由器,可接入光伏、混合储能等设备,并对其进行了建模与参数设计。通过对家庭电能路由器不同时间尺度的工作状态分析,为其设计了三层能量控制策略,可以在不同时间尺度上对家用电能路由器进行能量管理。通过该控制策略可实现家庭微网的稳定、经济运行。最后,对所提出的家庭电能路由器拓扑与控制方案进行了仿真建模与样机设计,通过仿真与实验验证了所提出的能量控制策略的有效性。
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