【摘要】：因為能源緊缺和環(huán)境污染,微網(wǎng)得到了廣泛的關(guān)注。微網(wǎng)中各種分布式電源(Distributed Generators,DGs)接受微網(wǎng)控制作為發(fā)電設(shè)備運行,而大功率儲能變流器(Energy Storage Converter,ESC)作為微網(wǎng)中特殊的DGs,需要具備以下功能:利用儲能設(shè)備,平抑間歇式電源輸出功率波動和改善電能質(zhì)量;離網(wǎng)模式下為微網(wǎng)內(nèi)的DGs和負載建立穩(wěn)定的交流母線電壓;當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時,具備基本的保護功能。而在實際應(yīng)用中存在如下問題和挑戰(zhàn):大功率儲能變流器輸出電流諧波導(dǎo)致微網(wǎng)內(nèi)電能質(zhì)量變差;儲能變流器并聯(lián)運行時輸出功率存在分配不均產(chǎn)生環(huán)流影響系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性;當(dāng)發(fā)生孤島保護、低電壓穿越和高電壓穿越等情況時,儲能變流器對微網(wǎng)的支撐控制能力差;微網(wǎng)中多電平變流器因中點電位波動導(dǎo)致輸出電壓諧波畸變,嚴重影響了系統(tǒng)穩(wěn)定性。大功率儲能變流器的這些問題限制了微網(wǎng)的應(yīng)用和推廣,本文以微網(wǎng)大功率儲能變流器為研究對象,對儲能變流器控制技術(shù)的關(guān)鍵問題展開研究,主要工作內(nèi)容為:1.討論了微網(wǎng)的控制結(jié)構(gòu),總結(jié)了儲能變流器的基本控制方法和關(guān)鍵問題。研究了儲能變流器平抑間歇式能源功率波動,通過分析微網(wǎng)的運行特點,設(shè)計了微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和儲能變流器功率控制策略。將上述研究內(nèi)容應(yīng)用在一個主從結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)示范工程,改善了微網(wǎng)穩(wěn)定性。2.儲能變流器輸出電流諧波抑制。儲能變流器對微網(wǎng)的電能質(zhì)量有著重要影響,研究了儲能變流器輸出電流諧波抑制方法。對單臺變流器,提出了一種正交正弦波提取器(QSE)的諧波提取算法。該算法通過建立周期信號的正交正弦波模型,將諧波提取問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)觀測器設(shè)計問題,基于QSE的離散狀態(tài)模型,可以在離散域下直接設(shè)計QSE控制器;QSE具有無相移和待提取分量之間無耦合的優(yōu)點,可以有效降低變流器輸出電流諧波,增強系統(tǒng)的動態(tài)性能。對多臺變流器并聯(lián)的情況,采用載波移相并聯(lián)方法控制變流器輸出電流紋波相位,消除總輸出電流在開關(guān)頻率處的諧波分量,可以有效降低總輸出電流的THD。進行了諧波抑制實驗,所提方法有效降低了輸出電流諧波。3.儲能變流器并聯(lián)運行和環(huán)流抑制研究。在低壓微網(wǎng)中應(yīng)用下垂控制算法,線路阻抗特性和輸出電壓差異會引起并聯(lián)變流器輸出功率分配不均和較大環(huán)流,影響并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性。提出了一種改進的下垂控制策略,通過實時調(diào)整下垂控制環(huán)節(jié)的給定值,使變流器在離網(wǎng)時輸出電壓保持穩(wěn)定,在并網(wǎng)可以響應(yīng)微網(wǎng)主控制器的功率給定;加入虛擬電感和電感壓降補償環(huán)節(jié),使變流器的輸出阻抗為感性,克服了低壓微網(wǎng)中變流器輸出有功功率和無功功率耦合的問題,有效實現(xiàn)了并聯(lián)變流器輸出功率均分,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;搭建了微網(wǎng)實驗平臺,實現(xiàn)了并聯(lián)變流器離網(wǎng)和并網(wǎng)模式運行。對微網(wǎng)中獨立控制、運行的并聯(lián)變流器之間的環(huán)流,分析了零序環(huán)流的頻率特性,分別采用QPR控制器抑制零序環(huán)流的3、9、15次交流分量,PI控制器抑制零序環(huán)流直流分量,實驗證明了所提方法的有效性。4.電網(wǎng)發(fā)生故障時儲能變流器的孤島保護、低電壓穿越和高電壓穿越技術(shù)研究。針對傳統(tǒng)孤島保護算法影響輸出電能質(zhì)量的缺點,提出了一種擾動無功功率解耦的控制策略,采用兩個矢量角提取出無功功率擾動分量,避免了對輸出有功功率的影響。針對并聯(lián)變流器低電壓穿越工況,設(shè)計了一種對電網(wǎng)電壓正負序分離和無功功率補償?shù)目刂撇呗?消除了不對稱故障所引起負序分量的影響,并且可以輸出無功功率支撐電網(wǎng)電壓,在低電壓穿越期間并聯(lián)變流器保持穩(wěn)定運行。針對電網(wǎng)電壓升高對變流器輸出能力的影響,以增大變流器的可控區(qū)域為控制目標(biāo),設(shè)計了一種高電壓穿越時改變直流母線電壓給定值的控制策略。按照電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行了孤島保護、低電壓穿越和高電壓穿越測試,結(jié)果證明所提出的策略具有較強的實用性。5.T型中點鉗位型三電平變流器的空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)研究及其中點電位波動抑制。討論了三電平SVPWM實現(xiàn)過程,分析了三電平變流器的輸出電能質(zhì)量。針對三電平變流器中點電位波動問題,提出了一種優(yōu)化虛擬矢量算法,通過控制合成虛擬中矢量的正負小矢量作用時間,解決了虛擬矢量算法無法消除外部因素導(dǎo)致中點電位偏移的缺點,并且有效減小了高調(diào)制比時的不可控區(qū)域。研制了一臺T型三電平變流器并進行了仿真和實驗,其輸出電能質(zhì)量優(yōu)于兩電平變流器,中點電位波動較小。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM46
【圖文】：

圖 3-5 抑制諧波仿真模型圖 3-6 為采用 PI 控制器的變流器輸出電流仿真波形。電壓（V）電流（A）t:10ms/格0 2 4 6 8 10 12 14 16024諧波次數(shù)THD = 4.21%諧波幅值6iaua（a）（b）

圖 3-5 抑制諧波仿真模型圖 3-6 為采用 PI 控制器的變流器輸出電流仿真波形。電壓（V）電流（A）t:10ms/格0 2 4 6 8 10 12 14 16024諧波次數(shù)THD = 4.21%諧波幅值6iaua（a）（b）

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文率、無功功率給定和下垂控制系數(shù)，讓變流器在并網(wǎng)模式時作為電流定輸出功率；在離網(wǎng)時作為電壓源為微網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率。仿真和實驗 仿真 4-6 為 RTDS 仿真模型和現(xiàn)場照片。仿真模型由儲能蓄電池、兩個并、變壓器、電網(wǎng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成，變壓器為△/Y 接法，變比為 270Va）中 BESS 是變流器模型，圖 4-6（b）中微網(wǎng)主控制器對并聯(lián)變流3 個控制器之間通過 CAN 通訊。

【參考文獻】

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本文編號：2776342