【摘 要】
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交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优势,成为未来建设微电网的大势所趋。其内部的双向AC/DC变换器作为能量交换重要枢纽,核心功能是完成两子微网间能量流动和保障交直流母线电压、频率稳定。但是,当交流子网中存在非线性负载时,产生谐波,其谐波电流通过供电线路时,会造成同一电网内电流以相同频率波动,进一步导致电网内电压和电流畸变,降低了系统内的供电质量。此外,交直流混合微电网在完成并/离网模式切
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交直流混合微电网兼备交流微电网和直流微电网的优势,成为未来建设微电网的大势所趋。其内部的双向AC/DC变换器作为能量交换重要枢纽,核心功能是完成两子微网间能量流动和保障交直流母线电压、频率稳定。但是,当交流子网中存在非线性负载时,产生谐波,其谐波电流通过供电线路时,会造成同一电网内电流以相同频率波动,进一步导致电网内电压和电流畸变,降低了系统内的供电质量。此外,交直流混合微电网在完成并/离网模式切换过程中,微电网系统与公共电网频率、相位和电压幅值存在差异,贸然切换会产生瞬间过电流冲击,威胁到微电网系统和公共电网的稳定运行。双向AC/DC变换器合理控制策略的制定,可以降低交流子网中存在非线性负载和并/离网模式切换情况对微电网系统的影响。本文从理论分析、控制策略改进和对比实验仿真三个环节展开研究,具体工作如下:首先,本文设计了交直流混合微电网系统架构网络。建立了交直流混合微电网中常见的分布式发电单元(Distributed Generation Unit,DG)模型,包括光伏发电单元、风力发电单元和储能单元。结合交直流混合微电网的运行模式,设计了不同模式下的分布式发电单元控制,通过仿真实验对设计的分布式发电单元控制进行仿真验证。针对并网模式下交流子网含有非线性负载,造成交流母线电流失真,降低电能传输质量的问题。本文对下垂控制和Fryze-Buchholz-Depenbrock(FBD)谐波检测方法结合的控制策略改进,设计了一种并网改进抑制谐波电流控制策略。改进FBD谐波电流检测方法通过具有自解耦网络的解耦双同步坐标系锁相环(Decoupled Double Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop,DDSRF-PLL),消除零、负序基频分量影响,受到非线性负载干扰时,可以实现精确的相位检测。同时采用LMS自适应滤波器代替传统FBD谐波检测方法中低通滤波器(Low Pass Filter,LPF),可在负载电流突然变换时增强动态响应能力,解决低通滤波器截止频率不能兼顾FBD谐波电流检测方法检测精度和响应速度问题。通过仿真实验,并网改进抑制谐波电流控制策略对比原控制策略,在非理想工况时,总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)减小了 0.45%,证明了所设计改进控制策略的有效性和可行性。针对交直流混合微电网并网和孤岛模式切换过程中存在瞬态过电流和电压,从而导致传输功率突变,影响微电网系统稳定和安全问题,设计了一种基于干扰观测器的改进下垂控制无缝切换控制策略。根据下垂控制在并网和孤岛模式的功率传输计算方法不同,通过检测公共电网公共连接点处电流和频率实现自适应切换。当孤岛到并网模式切换,因为微电网和公共电网频率、相位、幅值的差异造成冲击,严重时会造成系统崩溃,设计了预同步控制。在预同步下垂控制的基础上进行改进,通过电流内环与干扰观测器(Disturbance Observer,DOB)结合,能够快速跟踪系统电流的扰动进行抑制,实现孤岛到并网的平滑切换。通过进行仿真验证,所设计方法的改进无缝切换控制策略能够有效抑制传统无缝切换控制策略在模式切换过程中的波动,且改进控制策略模式切换过程中的交直流母线电流、电压、频率和功率具有更加平滑稳定,证明了所设计控制策略的有效性。
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