直流微网中的不稳定能量流及其控制

Unstable energy flow of dc micro-grid is primarily caused by distributed energy resource (DER) and its occurrence will affect the reliability and stability of dc micro-grid. In this study, we focus on AC/DC and DC/DC converters, which are interfacing circuits for DER, power grid and loads. The energy flow model of AC/DC and DC/DC converters with constraints of DER, power grid and loads is established, and the instability and the uncertainty of energy flow of dc micro-grid caused by these time-variant constraints are explored. The effects of parallel/series connection of converters and switching of operation mode on the energy flow of dc micro-grid are analyzed. Based on the control of AC/DC and DC/DC converters, the control strategy and its parameter design method of energy flow of dc micro-grid are proposed. The innovation of this study is concluded as follows. (1) Starting with energy flow and taking DER, power grid and loads as constraints, the stability and its underlying mechanism of energy flow of dc micro-grid will be studied with focus on energy flow of power electronics converters. (2) Energy flow model and its stability analysis of power converters in multi-constraint, multi-structure and multi-operating-mode will be investigated in the situation of varying working point.

分布式电源及电力电子变换器是直流微网不确定能量流产生的根本原因，它将影响直流微网的可靠稳定运行。本项目以作为分布式电源及电网、负荷接口电路的AC/DC和DC/DC变换器为研究对象，建立具有电源、电网及负荷约束下的AC/DC和DC/DC变换器能量流模型，探讨电源、电网及负荷时变动态性导致直流微网能量流的不稳定及不确定性，分析AC/DC、DC/DC变换器串并联运行以及工作模式的切换对直流微网能量流的影响，提出基于AC/DC、DC/DC变换器控制的直流微网能量流的控制策略和参数设计方法。项目的创新点体现在：（1）抓住了直流微网中能量需动态平衡的本质，从能量流入手，将电源、电网及负荷作为约束，以接口电力电子变换器的能量流为重点，研究直流微网能量流的稳定性及其影响机制；（2）研究具有多约束、多结构、多工作模式切换特征的电力电子变换器在无固定工作点运行方式下的能量流建模及其稳定性分析方法

分布式发电是电力系统的发展潮流之一，但分布式电源的多样性、随机性和动态性会对电网的安全运行产生不同于集中式电源的影响。直流微网较好地契合了这些特点，从而成为实现分布式发电可靠、高效运行的重要技术手段之一。在直流微网中，分布式电源电压、电网阻抗及负荷等主电路参数在实际工作中难免出现波动或变化，研究其时变动态性对直流微网能量流稳定性的影响具有现实意义。本项目通过研究负荷突变和微电源出力变化时出现的系统失稳现象，从理论和仿真两方面分析了直流微网系统失稳的机理，获得了给定条件下系统的稳定边界，可以给直流微网的设计提供一定的参考。考虑到分布式发电系统的广泛运用，使得越来越多的变换器连接到电网，对多变换器并联运行时的稳定性进行研究具有重要意义。本项目建立了在AC/DC、DC/DC变换器并联运行情况下的直流微网模型，通过研究多变换器在分布式发电系统中的低频HOPF分岔现象，得到了多变换器系统的失稳判据和稳定运行条件，分析结果对类似系统的设计具有工程上的参考价值。