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【6h】

基于虚拟同步机控制的级联H桥型电力电子变压器研究

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 PET国内外研究现状

1.2.1 拓扑结构国内外研究现状

1.2.2 控制技术研究现状

1.3 虚拟同步机技术

1.4 本文的主要工作

第2章 级联H 桥型PET 的原理及控制分析

2.1 微电网连接主电网方案分析

2.2 级联H桥型PET主电路拓扑

2.3 输入级原理及控制分析

2.3.1 工作原理

2.3.2 输入级数学模型及控制分析

2.4 中间隔离级工作原理及模型分析

2.4.1 工作原理

2.4.2 数学模型及控制分析

2.5 输出级工作原理及控制分析

2.5.1 工作原理

2.5.2 输出级中虚拟同步机控制的引入

2.6 本章小结

第3章基于虚拟同步机控制的级联H 桥型PET 控制策略

3.1 Synchronverter虚拟同步机控制技术

3.2 级联H桥型PET输入级控制策略

3.2.1 基于虚拟同步机控制的输入级控制策略

3.2.2 均压控制

3.2.3 载波移相调制技术

3.3 级联H桥型PET隔离级控制策略

3.4 级联H桥型PET输出级控制策略

3.4.1 自同步模式

3.4.2 有功功率调节和频率下垂控制模式

3.4.3 无功功率调节和电压下垂控制模式

3.5 PET系统功率双向流动切换控制

3.6 本章小结

第4章 基于虚拟同步机控制的级联H桥型PET参数设计

4.1 PET主电路总体结构和参数设计

4.2 输入级参数计算

4.2.1 交流侧L型滤波器设计

4.2.2 输入级输出电容的设计

4.3 隔离级参数计算

4.4 输出级参数计算

4.4.1 输出级输入侧电容设计

4.4.2 微网侧LCL滤波器设计

4.5 控制模块参数计算

4.6 本章小结

第5章 基于虚拟同步机控制的级联H 桥型PET 仿真与实验

5.1 级联H桥型PET系统仿真参数

5.2 主网稳态时PET系统仿真分析

5.2.1 微电网接入PET系统时仿真分析

5.2.2 级联H桥型PET整体运行效果

5.3 主网动态时PET系统仿真分析

5.4 实验验证

5.4.1 稳态运行实验

5.4.2 PET系统功率双向流动实验

5.5 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果

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摘要

随着新能源和微电网技术的快速发展,为有效提升微电网的灵活性及其对分布式电源的管控能力,达到支撑能源互联网运行的目的,采用电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)实现微电网接入主电网的方式已经得到了学者们广泛的关注和研究。由于PET具有多端口结构且各端口的变换器灵活可控,且能够实现电气隔离、电压等级的变换和能量传递等功能,因此够满足未来交直流混合配电网多种形式负荷、电源以及储能设备的接入要求。同时PET作为微电网连接主网的关键部分,其控制技术至关重要。目前对PET控制技术已有广泛研究,但是由于传统的控制策略缺乏一种与电网融合的有效机制,微电网无法自主参与主电网的运行控制。因此为解决以上问题,本文研究了一种采用Synchronverter虚拟同步机控制的PET方案。该方案不仅可以根据微电网电压及频率的变化自主响应调节,同时可对电力系统主网的电压和频率稳定性提供支撑。  首先介绍了PET国内外研究现状,并对基于MMC型PET拓扑结构和基于级联H桥型PET拓扑结构进行了对比分析。结果表明基于级联H桥型的PET拓扑结构目前应用得最广泛,控制技术也更成熟。因此本文在以级联H桥型PET拓扑为研究对象,针对基于级联H桥型PET接口的微电网互联主电网系统的应用场合,在分析了传统PET控制方案优劣的基础上,研究了一种采用Synchronverter虚拟同步机技术控制的级联H桥型PET方案。  其次通过对微电网连接主电网方案分析引出了虚拟同步机控制策略,同时分析了PET拓扑结构和主电路各模块的工作原理并对其工作模态进行了分析,在此基础上,分别对各模块的控制策略进行了分析与设计。针对PET输入级、输出级的控制需求,本文通过分析虚拟同步机的运行机理,分别提出了相应的虛拟同步机控制策略。同时为了控制输入级直流侧电压的均衡稳定,并针对隔离级的传输特性,引入了传统的输入均压控制策略,用以提供电网调节所需的能量,保证能量的双向流动。  最后以微电网基于PET接入主电网的运行系统为例,对其PET主电路和控制电路的相关参数进行设计。然后基于MATLAB/Simulink仿真环境验证了系统在主网稳态及动态情况下的暂稳态特性,证明了基于虚拟同步机控制的级联H桥型PET系统的可行性及有效性,实现了控制目标,进一步通过搭建RT-LAB半实物实验仿真平台验证了理论分析与仿真结果的正确性。

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