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随着以风力、太阳能等可再生能源为代表的间歇性能源渗透率的不断增加,当前交流配电网的功能结构和运行模式对大规模间歇性能源并网的制约作用逐渐凸显。而随着基于电压源变换器(Voltage Source Converter, VSC)的高压直流输电技术的发展、低压直流微电网的实践以及新型直流变换器的研制,具有输送容量高、线路损耗小、易于分布式能源(Distributed Energy Resources, DER)接入等优点的直流配电网获得国内外学者的高度关注。由于直流配电网不存在交流配电网固有的同步和稳定问题,因此,易于多端配电网的互联。如何对多端电源进行协调控制以保证直流母线电压的稳定和功率分配是直流配电网稳定运行的关键问题。在大功率场合,通常需要对模块进行串并联组合以减小单个模块的电压电流应力,因此,本文以基于并联VSC的直流配电网为研究对象,以并联VSC的基本控制为基础,给出了一种电压协调控制策略以保证直流配电网中各供电模式的正常工作以及模式切换过程迅速且平滑,并通过实验验证。
首先,对直流配电网典型网络结构、关键设备以及控制体系进行简要介绍。针对关键设备之一——并联VSC的基本原理进行分析,建立其数学模型。分析了基于LCL滤波的VSC采用整流器侧单电流环控制时的稳定性,确定滤波参数的稳定范围,并采用下垂特性调整法解决由于模块并联运行存在电流不平衡的问题。
其次,给出了多直流母线互联的直流配电网模型,并针对该模型设计了三种供电模式:双端供电模式、双端隔离供电模式和单端供电模式。针对传统电压协调控制方法在模式切换时存在的缺陷,在确定多供电模式运行控制方法的基础上,对传统电压裕度控制(Traditional Voltage Margin Control, TVMC)方法进行了改进,给出了一种基于本地电压系数的新型模式切换方法(New Mode Switching Method, NMSM),使系统在异常工况下能够由前一阶段的供电模式平滑且迅速的过渡到另一种供电模式下。
为了验证上述方法的正确性,搭建了直流配电网实验平台,对所提出的关键设备的基本控制以及系统级的电压协调控制方法进行实验研究。同时,为验证本文提出的新型模式切换方法(New Mode Switching Method, NMSM)的有效性,与采用TVMC下的模式切换进行了对比实验。实验结果表明,本文提出的NMSM具有暂态时间短、切换过程平滑的优点。
首先,对直流配电网典型网络结构、关键设备以及控制体系进行简要介绍。针对关键设备之一——并联VSC的基本原理进行分析,建立其数学模型。分析了基于LCL滤波的VSC采用整流器侧单电流环控制时的稳定性,确定滤波参数的稳定范围,并采用下垂特性调整法解决由于模块并联运行存在电流不平衡的问题。
其次,给出了多直流母线互联的直流配电网模型,并针对该模型设计了三种供电模式:双端供电模式、双端隔离供电模式和单端供电模式。针对传统电压协调控制方法在模式切换时存在的缺陷,在确定多供电模式运行控制方法的基础上,对传统电压裕度控制(Traditional Voltage Margin Control, TVMC)方法进行了改进,给出了一种基于本地电压系数的新型模式切换方法(New Mode Switching Method, NMSM),使系统在异常工况下能够由前一阶段的供电模式平滑且迅速的过渡到另一种供电模式下。
为了验证上述方法的正确性,搭建了直流配电网实验平台,对所提出的关键设备的基本控制以及系统级的电压协调控制方法进行实验研究。同时,为验证本文提出的新型模式切换方法(New Mode Switching Method, NMSM)的有效性,与采用TVMC下的模式切换进行了对比实验。实验结果表明,本文提出的NMSM具有暂态时间短、切换过程平滑的优点。