【摘 要】
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随着化石能源的消耗,风能和光能等可再生能源以及电动汽车等新型负载正在迅速发展。为适应各种新型源荷(风、光等可再生能源及电动车等新型负荷)的发展,全球各国针对性提出能源互联网的概念,而能量路由器作为能源互联网的基础设备,肩负着不同形式、等级电压转换以及能量管理的重要任务。因此,多端口能量路由器的研究、分析和设计具有重要的现实意义和应用价值。论文基于五端口能量路由器拓扑结构进行分析,研究了各端口控制策
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随着化石能源的消耗,风能和光能等可再生能源以及电动汽车等新型负载正在迅速发展。为适应各种新型源荷(风、光等可再生能源及电动车等新型负荷)的发展,全球各国针对性提出能源互联网的概念,而能量路由器作为能源互联网的基础设备,肩负着不同形式、等级电压转换以及能量管理的重要任务。因此,多端口能量路由器的研究、分析和设计具有重要的现实意义和应用价值。论文基于五端口能量路由器拓扑结构进行分析,研究了各端口控制策略,并基于储能端口实现了不同运行条件下的能量管理。最后,进行硬件的研究与开发。首先,本文采用包含交直流输入、交直流输出以及储能端口的五端口能量路由器拓扑结构,详细研究其数学模型。该拓扑交流端口采用三相全桥变换器,通过控制触发脉冲实现整流和逆变;直流输入输出端口采用Buck-Boost型DC/DC转换器;储能端口采用隔离型双向DC/DC转换器,满足双向流动需求。其次,在交流端口引入虚拟同步发电机控制,由于虚拟同步机控制同时具有PQ控制和V/f控制功能,因此可以在网侧有/无电源接入等不同情况下实现能量路由器的灵活切换,无需多余操作,方便简洁。直流输入输出仅需实现电压的升降,所以选择传统电压外环电流内环双闭环控制最为合适。然后,基于储能端口实现能量管理,方便各种模式的灵活切换。储能变换器首先确定每个端口的能量需求,然后进行能量控制,通过外环电压控制直流母线的稳定电压,电流内环进行跟踪控制。并根据实际情况在MATLAB仿真平台进行了模拟实验,分析和总结多个端口控制策略的可操作性。最后,在上述拓扑结构及控制策略的研究基础上,进行了小功率能量路由器硬件电路板的设计和制造,结合实验测试结果分析电路板设计结果,总结电路板性能的可操作性,进一步验证了本文所研究控制策略的正确性与可行性。
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