[發(fā)明專利]一種直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器及其功率協(xié)調控制方法

有效

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• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114204538B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 王盼寶;李珅光;任鵬;周洋;王衛(wèi);徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學;黑龍江省工業(yè)技術研究院
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02M3/158;H02M3/335
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發(fā)明提出一種直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器及其功率協(xié)調控制方法，該變換器由交錯并聯(lián)型三端口變換器和全橋DC?DC變換器級聯(lián)而成，可實現(xiàn)直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器的低損耗運行和公共儲能接入。進一步，提出互聯(lián)變換器的功率協(xié)調控制方法，該控制方法允許三個端口獨立運行，以實現(xiàn)兩直流微電網(wǎng)和公共儲能之間的潮流控制。所發(fā)明的互聯(lián)變換器及其功率協(xié)調控制方法能夠平抑系統(tǒng)功率波動，提高系統(tǒng)可靠性和降低運營成本。公共儲能端口的并行競爭控制策略使控制變量的過渡更加平滑，避免變換器出現(xiàn)劇烈的暫態(tài)變化或震蕩，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于直流微電網(wǎng)技術領域，特別是涉及一種直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器及其功率協(xié)調控制方法。

背景技術

集成分布式可再生能源、儲能系統(tǒng)和各種負載的微電網(wǎng)對于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標和解決環(huán)境與能源問題方面具有重要意義。與交流微電網(wǎng)相比直流微電網(wǎng)具有控制簡單、損耗低以及電能質量高等優(yōu)勢。單個的直流微電網(wǎng)主要從光伏和風能中獲取能源，但光伏和風力發(fā)電系統(tǒng)的功率會受到天氣條件的影響，具有間歇性和波動性。而將直流微電網(wǎng)互聯(lián)后，一個微電網(wǎng)中多余的功率可以轉移到另一個微電網(wǎng)，反之亦然。通過與相鄰的直流微電網(wǎng)分擔負荷，減小了由于天氣變化引起的可再生能源功率變化的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，微電網(wǎng)互聯(lián)也能減小單個微電網(wǎng)對儲能的需求，降低運營成本。

現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器中，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩類，其中并聯(lián)型又可分為隔離型和非隔離型。非隔離型變換器體積小、功率密度高、控制簡單，但無電氣隔離、僅適合電壓等級接近的兩微電網(wǎng)互聯(lián)。而隔離型變換器有利于隔離故障、提高供電可靠性，但變換器額定功率與傳輸功率相同，成本高。于是有學者提出串聯(lián)型直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器，通過在兩直流微電網(wǎng)的連接線串聯(lián)注入調節(jié)電壓，控制功率流方便，損耗低。

直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器一般采用兩端口或多端口雙向DC-DC變換器，其控制策略可以分為三種，即移相角控制、占空比控制和移相角加占空比控制。占空比控制方式簡單，但無法實現(xiàn)能量的雙向流動。移相角控制可實現(xiàn)能量的雙向流動，且對變壓器原副邊電壓差較大情況仍適用，但控制的自由度較少。移相角加占空比控制增加了一個控制自由度，提高了輸入電壓調節(jié)范圍，減小了端口間的環(huán)流。因此本發(fā)明所提聯(lián)變換器中的交錯并聯(lián)型三端口變換器采用移相角加占空比控制。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術的問題，提出了一種直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器及其功率協(xié)調控制方法。本發(fā)明提出的直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器為串聯(lián)型變換器，其輸出端口的電壓應力低，運行損耗小，有效降低了成本。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明提出一種直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器，該互聯(lián)變換器是由交錯并聯(lián)型全橋三端口變換器和全橋DC-DC變換器級聯(lián)而成；該互聯(lián)變換器有三個端口，三端口變換器原邊輸入為端口1，副邊集成交錯并聯(lián)Buck-boost為端口3，全橋DC-DC變換器輸出為端口2；端口1與微電網(wǎng)1并聯(lián)，端口2與兩微電網(wǎng)連接線串聯(lián)，端口3與公共儲能相連；端口2在兩直流微電網(wǎng)間串聯(lián)注入動態(tài)可調電壓來實現(xiàn)兩直流微電網(wǎng)間的功率傳輸。

進一步地，直流微電網(wǎng)互聯(lián)變換器三個端口的工作模式具體為：

(1)端口1：三端口變換器原邊的輸入形成端口1，并與微電網(wǎng)1的直流母線并聯(lián)，通過三端口變換器原副邊的移相控制，使得端口2＇的電壓始終保持在恒定值；所述三端口變換器的第三個端口為端口2＇；

(2)端口2：全橋DC-DC變換器的輸出端口與兩直流微電網(wǎng)的連接線串聯(lián)，形成了互聯(lián)變換器的端口2，端口2的主要功能是在連接直流母線1和直流母線2的線路中產生功率傳輸所需的電壓差；

(3)端口3：互聯(lián)變換器的端口3由副邊集成雙向Buck-Boost拓撲電路構成，通過該端口3，公共儲能可與互聯(lián)變換器的端口1交換功率；當兩直流微電網(wǎng)的本地儲能和微電網(wǎng)之間的功率傳輸不足以處理多余的功率時，可通過互聯(lián)變換器對公共儲能充電，同樣，當兩直流微電網(wǎng)有不足功率時，公共儲能進行放電，以支持兩直流微電網(wǎng)的母線電壓。