電力電子變壓器對交直流混合微網(wǎng)功率控制的研究

國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）的研究人員蘭征、涂春鳴等，在2015年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對應(yīng)用于交直流混合微網(wǎng)的電力電子變壓器（PowerElectronicTransformer,PET），分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。

國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）的研究人員蘭征、涂春鳴等，在2015年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對應(yīng)用于交直流混合微網(wǎng)的電力電子變壓器（PowerElectronicTransformer,PET），分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。

并網(wǎng)模式下，控制PET輸入接口使交直流混合微網(wǎng)等效為“阻性負(fù)載”或“電流源”，同時(shí)控制交流和直流輸出接口都等效為恒定的電壓源。對于離網(wǎng)模式，提出了混合功率下垂控制，能根據(jù)接口處頻率和電壓信息，結(jié)合混合微網(wǎng)下垂特性得到微網(wǎng)間需交換的功率。搭建了交直流微網(wǎng)系統(tǒng)和電力電子變壓器仿真模型，仿真結(jié)果表明，在分布式能源功率波動情況下，PET能準(zhǔn)確快速的調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間功率的流動，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，證明了本文所提控制策略的正確性。

分布式能源(DistributedEnergyResources，DER)的入網(wǎng)需求推動電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模間歇式DER接入的有效解決方案。DER采用直流形式接入，可以節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)，并且不需要進(jìn)行相位和頻率跟蹤，可控性和可靠性將大大提高。直流是DER理想的接入形式，近年來直流微網(wǎng)逐漸得到了人們的重視。然而，交流微網(wǎng)仍然是現(xiàn)階段微網(wǎng)的主要形式，交流接入仍然會是DER并網(wǎng)的主要形式，故交直流共存的混合微網(wǎng)會是將來長期存在的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

DER運(yùn)行受制于自然條件，發(fā)電具有間歇性，大量DER的接入將使網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生雙向功率流。公共聯(lián)結(jié)點(diǎn)(PointofCommonCoupling,PCC)是配電網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者之間能量流動的中轉(zhuǎn)站，PCC處的能量協(xié)調(diào)管理將至關(guān)重要，而實(shí)現(xiàn)功率的精確協(xié)調(diào)，需一臺可靠的“能量路由器”。

電力電子變壓器（PowerElectronicTransformer,PET）由高頻變壓器和電力電子變換電路組成，由于具備高低壓交流接口和直流接口，擁有變壓、隔離和能量傳輸功能，可以成為“能量路由器”，實(shí)現(xiàn)對PCC處的能量協(xié)調(diào)管理。

目前，對電力電力變壓器的控制方法研究僅在于其基本控制，沒有涉及和微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，微網(wǎng)下垂控制方法也只考慮交流或直流一側(cè)的電壓信號，沒有同時(shí)考慮到兩側(cè)信號對交直流微網(wǎng)工作狀況的影響，文獻(xiàn)[提出了兩種近似的電力電子變換器的雙向下垂控制方法，但是控制環(huán)節(jié)冗余，降低了系統(tǒng)的可靠性。

本文主要研究電力電子變壓器在交直流混合微網(wǎng)中的應(yīng)用，研究了混合微網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種模式下的運(yùn)行策略。并網(wǎng)模式下控制PET主網(wǎng)接口處電流與電壓同相位，而交直流輸出接口則都控制為恒定的電壓源。

特別地，對于離網(wǎng)模式，提出混合功率下垂（hybriddroop）控制，能根據(jù)交直流微網(wǎng)接口處的頻率和電壓信息，結(jié)合交直流微網(wǎng)的下垂特性，得到交直流微網(wǎng)間需交換的功率。提出的控制策略能精確控制PET接口間功率的雙向流動，調(diào)節(jié)主網(wǎng)，交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間的功率分配，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1PET拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

交直流混合微網(wǎng)將是未來長期存在的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本文針對應(yīng)用于其中的電力電子變壓器，分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并相應(yīng)設(shè)計(jì)了運(yùn)行策略。

并網(wǎng)模式下，控制輸入接口PET，使交直流混合微網(wǎng)看起來為“阻性負(fù)載”或“電流源”；而在輸出接口處，使PET看起來為恒定的電壓源。特別地，對于離網(wǎng)模式提出混合功率下垂控制，協(xié)調(diào)交直流微網(wǎng)間功率，精確快速的控制功率流動。

搭建了仿真分析模型，仿真結(jié)果表明在微網(wǎng)分布式能源功率波動情況下，PET能準(zhǔn)確快速的調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間功率的流動，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，證明了本文所提控制策略的正確性。

本文僅對DER功率變化的情況進(jìn)行了仿真，對動態(tài)過程中交流微網(wǎng)頻率和直流微網(wǎng)母線電壓變化未進(jìn)行深入分析，也沒有對DER離并網(wǎng)時(shí)PET和微網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，這都是后期研究工作要涉及并解決的問題。