【摘 要】
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供用电网络中直流微电网在新能源分布式储能、直流供电系统及直流用电负荷的占比越来越大,同时由于新能源的入网消纳而得到快速发展。也带来了新的问题:直流侧的不平衡负荷以及交流侧的三相不对称问题将分别引入不平衡潮流和二次纹波电流的问题。会增大线路损耗、降低设备寿命、甚至造成微网设备的工作异常,对直流微电网及设备的安全可靠运行造成严重威胁。论文以直流微电网的不平衡潮流及二次纹波电流的问题为研究点,开展了如下
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供用电网络中直流微电网在新能源分布式储能、直流供电系统及直流用电负荷的占比越来越大,同时由于新能源的入网消纳而得到快速发展。也带来了新的问题:直流侧的不平衡负荷以及交流侧的三相不对称问题将分别引入不平衡潮流和二次纹波电流的问题。会增大线路损耗、降低设备寿命、甚至造成微网设备的工作异常,对直流微电网及设备的安全可靠运行造成严重威胁。论文以直流微电网的不平衡潮流及二次纹波电流的问题为研究点,开展了如下工作:论文将三有源桥直流潮流控制器（triple active bridge power flow controller,TAB-PFC）分解为前级TAB和后级全桥变换器（full bridge converter,FBC）。采用广义状态空间平均法以解决TAB电感电流不满足小纹波近似条件的问题,从而建立了TAB的全阶连续时间模型,分析了基于前馈的解耦控制方法以解决TAB不同输出端口间的耦合问题。推导了能够反映数字控制延时的FBC离散时间模型,并研究了基于双线性映射的离散PID的设计流程,从而为FBC的数字控制提供基础。此外分析了TAB和FBC的带宽差异化设计方法。仿真结果验证了前馈解耦控制和带宽差异化设计的有效性。针对环形双极直流微电网负荷不平衡带来的不平衡潮流问题和中线电阻所带来的极间耦合问题,提出基于TAB-PFC的不平衡潮流抑制与解耦控制策略。分析了电网电压、新能源出力对双极直流微电网潮流及线路损耗的影响,推导了恒功率控制下TAB-PFC的输出电压和线路电流解析表达式,据此建立了含TAB-PFC的环形双极直流微电网的小信号模型以分析TAB-PFC的控制策略。引入参数解耦矩阵实现正负极控制环路间的近似解耦以提高控制系统的动态性能,减小了潮流纹波。仿真和实验结果验证了TAB-PFC抑制不平衡潮流的有效性以及参数解耦矩阵方法的有效性。针对直流微电网中交流侧三相不对称引入直流侧二次纹波电流的问题,提出基于TAB-PFC的二次纹波电流抑制方法,扩展了TAB-PFC的纹波电流抑制功能。以对称分量变换为核心思想,建立了含TAB-PFC的双极直流微电网的对称分量模型,实现双极直流微电网纹波电流分析及控制参数设计的简化。为分析纹波电流分流比,推导了FBC在双环控制下的闭环输出阻抗表达式,并在控制环路中嵌入陷波器以增大TAB-PFC二次纹波阻抗以阻断纹波电流流入直流微电网。在此基础上,通过在陷波器中引入偏差因子实现增大控制系统的相位裕度和消除电压环路带宽的限制。仿真和实验结果验证了TAB-PFC抑制二次纹波电流的有效性以及引入偏差因子的改进陷波器更快的纹波电流抑制特性。
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