基于电力电子变压器的混合微网系统及功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种基于电力电子变压器的交直流混合微网 系统及功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 分布式能源（distributedenergyresources，DER)的入网需求推动电力系统不 断发展，微网是实现大规模间歇式DER接入的有效解决方案。DER采用直流形式接入，可以 节省大量的换流环节，并且不需要进行相位和频率跟踪，可控性和可靠性将大大提高。直流 是DER理想的接入形式，近年来直流微网逐渐得到了人们的重视。然而现阶段电网主体为 仍为交流形式，交流接入仍是DER并网的主要形式，交直流共存的混合微网将是未来长期 存在的微网结构。
[0003] 由于DER的运行受制于自然条件，发电具有间歇性，不同时间段负荷功率也存在 起伏，因此直流微网和交流微网中能量波动频繁。为实现交直流混合微网的能量按需流动， 保证交流微网的频率稳定和直流微网的母线电压稳定，在主电网、交流微网和直流微网的 公共联结点需要设置一台"能量路由器"，以达到交直流混合微网稳定运行的目的。
[0004]现有技术中的交流微电网和直流微电网由分布式新能源、交直流负荷、储能系统 等构成分立运行的系统，主网与微网通过开关连接，交流和直流微网间仅通过交直接口变 换器进行简单的功率传输。从上面描述可知，现有技术侧重点在于交流微电网和直流微电 网的系统结构，交直接口变换器只能完成交直流微网间简单的功率传输功能，没有考虑交 流微网的频率稳定和直流微网的母线电压稳定。现有技术也没用涉及"能量路由器"功能， 无法实现主网、交流微网，直流微网三者间的能量协调控制方面的内容。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于电力电子变压器的交直流混合微网 系统及功率控制方法，实现主网、交流微网、直流微网三者间的能量协调控制，保证交流微 网的频率稳定和直流微网的母线电压稳定，以解决分布式能源接入后交直流混合微网稳定 运行的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了以下方案：
[0007]第一方面，本发明提供了一种基于电力电子变压器的交直流混合微网系统，包括： 主网、交流微网、直流微网和电力电子变压器；所述电力电子变压器设置在所述主网、交流 微网和直流微网的公共联结点处；所述电力电子变压器与主网、交流微网和直流微网在所 述公共联结点处分别形成主网接口，交流接口和直流接口。
[0008] 其中，所述电力电子变压器包括高压侧输入级、中间隔离变压级和低压侧输出级， 其中高压侧输入级为H桥级联整流电路，中间隔离变压级为带高频变压器的双主动桥DC/ DC电路，低压侧输出级为三相电压源型逆变器，中间隔离级与低压输出级之间由直流电容 形成直流母线。第二方面，本发明提供了一种基于电力电子变压器的交直流混合微网系统 的功率控制方法，包括：
[0009] 当交直流混合微网处于离网状态下，即交直流混合微网与主网断开连接时，所述 电力电子变压器根据交流微网和直流微网的运行状态和功率需求，在交流微网和直流微网 之间做出功率调节。
[0010] 其中，所述电力电子变压器根据交流微网和直流微网的运行状态和功率需求，在 交流微网和直流微网之间做出功率调节包括：
[0011] 当交流微网处于轻载运行状态、直流微网处于重载运行状态时，电力电子变压器 传输交流微网功率至直流微网；
[0012] 当直流微网处于轻载运行状态、交流微网处于重载运行状态时，电力电子变压器 传输直流微网功率至交流微网。
[0013] 进一步地，所述电力电子变压器根据交流微网和直流微网的运行状态和功率需 求，在交流微网和直流微网之间做出功率调节具体包括：
[0014] 所述电力电子变压器根据直流电容存储能量的波动，交流接口的频率和直流接口 的电压判断交流微网和直流微网的工作状态，所述电力电子变压器根据交流微网和直流微 网的工作状态确定网络间功率流动参考值：
[0015] 电力电子变压器中电容储存的能量wd。为：
【主权项】
1. 一种基于电力电子变压器的交直流混合微网系统，其特征在于，包括：主网、交流微 网、直流微网和电力电子变压器；所述电力电子变压器设置在所述主网、交流微网和直流微 网的公共联结点处；所述电力电子变压器与主网、交流微网和直流微网在所述公共联结点 处分别形成主网接口，交流接口和直流接口。
2. 根据权利要求1所述的基于电力电子变压器的交直流混合微网系统，其特征在于， 所述电力电子变压器包括高压侧输入级、中间隔离变压级和低压侧输出级，其中高压侧输 入级为H桥级联整流电路，中间隔离变压级为带高频变压器的双主动桥DC/DC电路，低压侧 输出级为三相电压源型逆变器，中间隔离级与低压输出级之间由直流电容形成直流母线。
3. -种基于权利要求1或2所述的基于电力电子变压器的交直流混合微网系统的功率 控制方法，其特征在于，包括： 当交直流混合微网处于离网状态下，即交直流混合微网与主网断开连接时，所述电力 电子变压器根据交流微网和直流微网的运行状态和功率需求，在交流微网和直流微网之间 做出功率调节。
4. 根据权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器根据交流 微网和直流微网的运行状态和功率需求，在交流微网和直流微网之间做出功率调节包括： 当交流微网处于轻载运行状态、直流微网处于重载运行状态时，电力电子变压器传输 交流微网功率至直流微网； 当直流微网处于轻载运行状态、交流微网处于重载运行状态时，电力电子变压器传输 直流微网功率至交流微网。
5. 根据权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器根据交流 微网和直流微网的运行状态和功率需求，在交流微网和直流微网之间做出功率调节具体包 括： 所述电力电子变压器根据直流电容存储能量的波动，交流接口的频率和直流接口的电 压判断交流微网和直流微网的工作状态，所述电力电子变压器根据交流微网和直流微网的 工作状态确定网络间功率流动参考值： 电力电子变压器中电容储存的能量Wd。为：
其中，Cd。为电容值，V d。为电容电压值； 电容能量的波动值为交流接口和直流接口的功率瞬时差值：
其中，Pd。为直流接口功率，P a。为交流接口功率； 若交流微网频率在一个采样周期Ts内不变，利用前向欧拉逼近法，得到交流微网和直 流微网的混合下垂系数U :
其中，ω°为额定频率，C为电容电压参考值 交流微网的频率-有功ω -P下垂特性为：
其中，ω为交流接口的频率，ka。为交流初始下垂系数，tet;为混合下垂调节后的系数； 直流微网的电压-功率Vtk-P下垂特性为：
其中，Vd。为电容电压值，即直流母线电压值，K为直流接口设定的额定功率，kd。为直流 初始下垂系数，心为混合下垂调节后的系数； 综上，根据所述混合下垂调节后得到的交流接口频率ω和直流母线电压值Vd。，反馈至 交直流对应的ω -P和Vtk-P下垂控制器，使得Λ Pd。= Λ P a。，得到交直流微网间传输的功率 参考值。
6. 根据权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器根据交流 微网和直流微网的运行状态和功率需求，在交流微网和直流微网之间做出功率调节还包 括： 当交流微网和直流微网均处于轻载运行状态时，电力电子变压器不进行网络间的功率 传输，而是调节交流微网的频率和直流微网的母线电压，使交流微网和直流微网内部的分 布式能源根据微网的频率和电压调节自身功率以满足负载所需功率； 当交流微网和直流微网均处于重载运行状态时，电力电子变压器也不进行网络间的功 率传输，通过交流微网的频率和直流微网的母线电压，判断重载状态，与调度中心通信，切 除预设的非重要负荷，使交流微网和直流微网稳定运行。
7. 根据权利要求3所述的功率控制方法，其特征在于，还包括： 当交直流混合微网处于并网状态下，即交直流混合微网与主网连接时，所述电力电子 变压器根据交流微网和/或直流微网的功率需求，控制所述主网为交流微网和/或直流微 网中的功率不平衡提供缓冲和支持； 或， 所述电力电子变压器根据交流微网和/或直流微网的功率盈余，控制交流微网和/或 直流微网为所述主网输送电能。
8. 根据权利要求7所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器控制所述 主网接口处的输入电流与电网电压同相位，保证功率因数，使电力电子变压器所连接的交 流微网和/或直流微网作为主网的阻性负载； 所述电力电子变压器控制交流接口处恒压恒频输出，控制直流接口处进行恒压输出， 使电力电子变压器所连接的主网作为交流微网和/或直流微网的恒定电压源。
9. 根据权利要求8所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器通过中间 隔离级双主动桥电路控制直流母线电压的恒定。
10.根据权利要求8所述的功率控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器通过低压 侧输出级三相电压源型逆变器控制输出恒压恒频。
【专利摘要】本发明提供了一种基于电力电子变压器的交直流混合微网系统及功率控制方法，所述基于电力电子变压器的交直流混合微网系统包括主网、交流微网、直流微网和电力电子变压器。所述电力电子变压器根据交流微网和直流微网的运行状态和功率需求，采用混合下垂方法对交流微网和直流微网做出功率调节。本发明实现了主网、交流微网和直流微网三者间功率的快速准确调节，保证了交流微网的频率稳定和直流微网的母线电压稳定，解决了分布式能源接入后交直流混合微网稳定运行的问题。
【IPC分类】H02J3-04, H02J3-24, H02J1-14, H02J5-00, H02J3-38
【公开号】CN104852406
【申请号】CN201510202365
【发明人】涂春鸣, 兰征, 帅智康, 肖凡, 姜飞, 杨韬, 刘维
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月27日