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受限于海岛独特地理位置,铺设远距离海缆与大陆电网互联在经济上需要付出极高代价,因而目前岛内多采用燃油发电形式为负荷提供电能保障。但计及海岛脉冲特殊负荷的能量需求及运行特性,单一燃油发电形式或难以满足岛内电能的特种需求,唯有将多种新能源发电装置、储能装置和柴油发电机组组合起来,采用电能互联技术,构建多端口特种能量路由器系统,才能为海岛提供稳定的电能保障。且该能量路由器系统在可靠性方面要求较高,一方面该场景下各微源接口需要适应较宽的电压输入范围并具备电气隔离能力,另一方面脉冲特殊负荷要求系统实现多微源间能量的快速协调。这必将带来新的挑战,极有可能限制我国领海基点海岛的建设与发展。因此,开展特种能量路由器的多源协调控制方法研究及装备研制具有重要的科学意义和工程价值。本文主要工作内容如下:
(1)选取了10kW移相全桥变换器和10kW双有源全桥变换器分别作为单向微源和双向微源的接口,用于满足该场景下微源接口需要适应较宽电压输入范围与具备电气隔离能力的需求。对两类变换器的主电路参数、控制策略以及控制参数进行设计,并搭建两类变换器的仿真模型,验证参数设计的有效性。
(2)深入研究特种能量路由器在孤岛模式下的多源协调控制方法。基于特种应用场合的要求,进行合理的运行工况划分,并据此将协调控制方法分为稳态和动态两种模式。针对稳态负荷工况采用集中式协调控制,提出了一种基于柴油发电机接口分阶段出力的稳态协调控制方法,实现储能装置荷电状态主动调控的同时维持特种能量路由器系统的高效稳定运行。同时,在动态负荷工况下采用分布式协调控制,针对脉冲负荷电流的多接口分配问题以及负荷功率突变引起的母线电压稳定性问题,提出一种基于电压微分的动态协调控制方法,对脉冲负荷电流进行分布式补偿,既可实现脉冲负荷功率在多个微源接口间的主动分配,又可抑制母线电压的波动,满足了脉冲特殊负荷对多微源间能量快速协调的需求。同时,本文通过Matlab/Simulink分别搭建了稳态与动态负荷工况下的仿真模型,验证所提协调控制方法的可行性。
(3)搭建20kW特种能量路由器装置样机,对装置的主电路和控制系统软硬件进行设计,并通过实验验证装置设计的合理性与协调控制方法的有效性。
(1)选取了10kW移相全桥变换器和10kW双有源全桥变换器分别作为单向微源和双向微源的接口,用于满足该场景下微源接口需要适应较宽电压输入范围与具备电气隔离能力的需求。对两类变换器的主电路参数、控制策略以及控制参数进行设计,并搭建两类变换器的仿真模型,验证参数设计的有效性。
(2)深入研究特种能量路由器在孤岛模式下的多源协调控制方法。基于特种应用场合的要求,进行合理的运行工况划分,并据此将协调控制方法分为稳态和动态两种模式。针对稳态负荷工况采用集中式协调控制,提出了一种基于柴油发电机接口分阶段出力的稳态协调控制方法,实现储能装置荷电状态主动调控的同时维持特种能量路由器系统的高效稳定运行。同时,在动态负荷工况下采用分布式协调控制,针对脉冲负荷电流的多接口分配问题以及负荷功率突变引起的母线电压稳定性问题,提出一种基于电压微分的动态协调控制方法,对脉冲负荷电流进行分布式补偿,既可实现脉冲负荷功率在多个微源接口间的主动分配,又可抑制母线电压的波动,满足了脉冲特殊负荷对多微源间能量快速协调的需求。同时,本文通过Matlab/Simulink分别搭建了稳态与动态负荷工况下的仿真模型,验证所提协调控制方法的可行性。
(3)搭建20kW特种能量路由器装置样机,对装置的主电路和控制系统软硬件进行设计,并通过实验验证装置设计的合理性与协调控制方法的有效性。