【摘要】：由于人類大量地使用化石能源,能源短缺問題和使用傳統(tǒng)化石能源造成環(huán)境污染的問題越來越嚴(yán)重。在21世紀(jì),能源問題已經(jīng)成為一個(gè)日益凸顯的問題。由此,可再生能源的利用也引起越來越多的重視和發(fā)展。可再生能源如風(fēng)能,太陽能等具有清潔、取之不盡等優(yōu)點(diǎn),使其成為理論與技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文是在雙極性三線制直流配網(wǎng)背景下進(jìn)行研究和討論的,雙極性直流配網(wǎng)具有提供電壓等級(jí)多,具有很高的可靠性,相對(duì)較小的絕緣應(yīng)力以及好的安全性等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)、光發(fā)電具有強(qiáng)隨機(jī)性、強(qiáng)波動(dòng)性、弱支撐性、弱生存性等顯著特點(diǎn)。由大量直流風(fēng)電、光伏單元構(gòu)成可再生能源直流發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行中,因外部自然條件波動(dòng)或內(nèi)部故障等原因?qū)⒃斐烧?fù)極之間實(shí)時(shí)功率不平衡。為保持外部直流配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定,需引入極間功率均衡電路。由此提出了前端電流平衡器能夠有效地實(shí)現(xiàn)正負(fù)極間功率的均衡,具有良好的控制效果。本文首先對(duì)直流配網(wǎng)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)、架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了說明,之后再引出雙極性直流配網(wǎng)的背景,由于雙極性直流配網(wǎng)具有眾多的優(yōu)點(diǎn),是一種具有優(yōu)勢(shì)的配電技術(shù)方案,未來在區(qū)域性直流配電網(wǎng)建設(shè)中將廣泛運(yùn)用雙極性直流配電。在雙極性直流配網(wǎng)中電壓平衡器是一個(gè)十分關(guān)鍵的部件,它通過引出一根中線構(gòu)造出雙極性三線制直流配網(wǎng)并且能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)極電壓的均衡。之后對(duì)并入式結(jié)構(gòu)電壓平衡器和嵌入式結(jié)構(gòu)電壓平衡器進(jìn)行了分析研究,著重分析了各種電壓平衡器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),控制策略,工作原理以及小信號(hào)模型等。另外,還得出并入式結(jié)構(gòu)電壓平衡器本質(zhì)上可以看做是雙向輸入輸出極性相反直流變換器的結(jié)論,從而可以相應(yīng)生成新型的電壓平衡器。然后,從結(jié)構(gòu)形式,功能,應(yīng)用場(chǎng)合等方面分別分析了嵌入式電壓平衡器和并入式電壓平衡器的不同點(diǎn)。依據(jù)“N+1”設(shè)計(jì)規(guī)則以及系統(tǒng)擴(kuò)展的需求,可以預(yù)見雙極系統(tǒng)中電壓平衡器的并聯(lián)運(yùn)行。首先,對(duì)雙極性直流配網(wǎng)中電壓不均衡情況的類型進(jìn)行了討論,在此基礎(chǔ)上展開分布式電壓平衡器并聯(lián)控制方法的研究。該控制策略中,第一層控制為下垂控制,次級(jí)層控制主要用于消除臨界負(fù)載下的電壓不平衡,第三層用于最小化系統(tǒng)損耗。所提出的改進(jìn)分層控制結(jié)構(gòu)經(jīng)過仿真驗(yàn)證,具有良好的控制效果。與之前提出的典型的P-N的分布式雙極直流系統(tǒng)不同,本文提出了P-Z-N分布式雙極直流系統(tǒng)的概念。對(duì)這兩種不同結(jié)構(gòu)的雙極性直流系統(tǒng)從成本,效率和可靠性方面進(jìn)行了比較,得出相關(guān)的結(jié)論。并且,從電壓平衡器”概念引申為“互聯(lián)變換器”,提出了互聯(lián)變換器(IC)對(duì)PZ子微網(wǎng)和ZN子微網(wǎng)能量平衡管理的雙層控制策略,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在雙極性三線制直流配網(wǎng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行相關(guān)公式的計(jì)算,通過公式說明了正負(fù)極間不均衡現(xiàn)象的產(chǎn)生原因和表現(xiàn)。并由此得出,在存在不平衡負(fù)荷與不平衡分布式電源的情況下,僅依靠電壓平衡器無法確保雙極性直流配網(wǎng)正負(fù)極整體均衡運(yùn)行。為了確保雙極性直流配網(wǎng)正負(fù)極間電壓、電流、功率總體均衡,需要在此基礎(chǔ)上引入前端電流平衡器。前端電流平衡器物理實(shí)質(zhì)可以看作是建立正負(fù)極兩側(cè)間能量轉(zhuǎn)移通路,和之前研究的電壓平衡器工作機(jī)理一致。因此,前端電流平衡器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在電壓平衡器現(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行變化和借鑒。本文提出了一種前端電流平衡器拓?fù)?對(duì)拓?fù)涔ぷ髟磉M(jìn)行了分析,并且引入了新的閉環(huán)控制策略進(jìn)行控制。在理論分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)光照強(qiáng)度變化不同工況情況下,進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和分析,以驗(yàn)證前端電流平衡器控制正負(fù)極功率均衡的有效性和可行性。仿真結(jié)果表明了本文理論分析的正確性和提出的前端電流平衡器能夠有效實(shí)現(xiàn)正負(fù)極功率均衡。
【圖文】：

(c) 雙層式母線結(jié)構(gòu)圖 1-2 直流配網(wǎng)母線結(jié)構(gòu)形式Fig.1-2 Structure of DC distribution system足不同直流負(fù)載供電需求，直流配電系統(tǒng)通常采用雙電壓等級(jí)形式，即母線與低壓直流母線，其具體電壓等級(jí)可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際用電需示意圖參見圖 1-2(c)。配網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)直流母線電壓控制技術(shù)配網(wǎng)中電力電子變換器連接分布式能源、儲(chǔ)能模塊、負(fù)載模塊等各個(gè)模并聯(lián)在直流母線上。各個(gè)并聯(lián)模塊可以等效成電壓源，由于各自的配電各不相同，造成了不同的阻抗壓降，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓存在差異，，從而源間存在著環(huán)流。因此，為了控制母線電壓穩(wěn)定和抑制環(huán)流的產(chǎn)生，需。下面對(duì)常用的電壓控制方法主從控制方法和下垂控制方法進(jìn)行分析和介控制方法[11]中在并聯(lián)的模塊當(dāng)中選擇一個(gè)模塊為主模塊，并且采用電壓

(c) 雙向 Cuk (d) 雙向 SEPIC-ZETA圖 1-4 四種基本非隔離型雙向 DC-DC 變換器Fig. 1-4 Four kinds of the basic non isolated bidirectional DC-DC converters雙向 Buck/Boost 變換器和雙向 Buck-Boost 變換器都具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，有較多的應(yīng)用，適合于中小功率應(yīng)用場(chǎng)合。雙向 Cuk 與雙向 SEPIC/ZETA 實(shí)際應(yīng)用較少，使用了較多的電力電子器件，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。根據(jù)與上述類似的方法，分別得到反激雙向 DC-DC 變換器、正激雙向 DC-DC 變換器半橋雙向 DC-DC 變換器、全橋雙向 DC-DC 變換器、推挽雙向 DC-DC 變換器，如圖 1-5 所示。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2690322