多工况下能源路由器的稳压协调控制策略研究

作     者：陈建宏 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘述喜;申玉梅

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：能源路由器 虚拟交流电机控制 虚拟直流电机控制 协调控制 电网电压故障 

摘      要：我国能源体系逐渐由化石能源转变至绿色清洁可再生能源,但各类分布式能源直接接入配电网会导致电网电压波动频繁,严重会造成电力系统崩溃。为应对和解决上述问题,本文研究了一种多端口能源路由器,通过对其拓扑结构、端口控制策略以及能量协调管理的设计,以实现分布式能源与电网间的友好连接,降低对配电网的冲击。首先本文选取以直流母线架构的多端口能源路由器,其中包含交流接口,光伏接口,储能接口,柴油发电机接口和直流负载接口。针对交流接口选取三相桥式变换器,以实现电网和能源路由器内部接口的能量流通。直流接口则采用BUCKBOOST半桥变换器,来实现各类直流接口与直流母线间的能量流通。分别对其工作原理和数学建模进行了分析和推导,并给出了相应的控制策略。针对能源路由器的交流接口采用虚拟同步发电机控制(VSG)。首先通过推导和分析传统同步发电机的数学模型,将同步发电机的外特性引入到变换器控制结构中,然后根据所推导的VSG传递函数进行零极点分析,得出VSG中关键参数对于变换器动态性能的影响。又考虑在电网故障下,负序分量会使传统VSG无法稳定运行,通过推导变换器的瞬时功率分离负序分量,提出一种改进型的VSG,通过Matlab/Simulink仿真平台,分别设置电网电压单和三相故障的工作条件,通过有功输出功率波动和输出电流的波形畸变率,得出改进型VSG有一定的适用性。针对直流侧的光/柴/储接口,采用虚拟直流电机控制(VDCM)来增加直流母线的转动,使直流母线注入惯性和阻尼。首先分析了光伏接口、柴油接口、储能接口的工作特性和数学模型。针对光伏接口给出最大功率跟踪控制(MPPT)以及恒压控制两种模式。然后通过分析直流电机的数学模型,将阻尼和惯性引入储能接口控制中。根据所推导出的VDCM的动态传递函数,进行BODE图分析,得出VDCM中关键参数对系统的动态影响。最后通过Matlab/Simulink仿真平台进行了仿真实验,设置光照强度突变、负载突变、应急模式,与下垂控制进行对比验证,得出VDCM相比下垂控制更适合储能系统。最后根据能源路由器的工作状态,以及电压波动和储能电池的荷电状态(SOC)进行工作模式分解,划分出13种工作模式,通过Matlab/Simulink仿真平台进行仿真验证。最后通过实验样机完成了实验验证。