含新型"源""荷"交直流配电系统中智能通用变压器有源前端变换技术与协调控制策略研究

Green development of distribution grid will face big challenges:(1)to ensure high quality of power supply; (2)to absorb distributed renewable energy effectively;(3)to support wide electric vehicles' plug-in;(4)to ensure the security, independence and controllability of local distribution grid.The power supply system based on the traditional power transformers has been unable to meet the above challenges, thus from the point of "Intelligent Universal Transformer, IUT", a novel AC and DC power distribution system having new "Source" and "Load" is construted to meet the demand for smart distribution grid development where active front-end controller (AFEC) as a key technology of IUT can provide DC interface for new "Source" and "Load" easily and customer DC-AC inverter can ensure high-quality power supply. First this project will focus on the AFEC technology of IUT, the key part of AFEC system structure based on dual-boost/buck full-bridge converter with CLLC resonant converter module is proposed where SiC devices are used to investigate the high frequency effect to AFEC system. Additionally AFEC unified control strategy based on the proposed single-stage controll system structure concept is studied. In the end, to improve the controllability, flexibility and independence of the local power supply system, the power coordinated control and fault protection strategies of IUT are studied in the AC and DC power distribution system with new "Source" and "Load".

配电网绿色化变革面临重大挑战：(1)保证高品质供电；(2)有效接纳分布式新能源；(3)支撑电动汽车广泛接入；(4)保证局部供电的安全性、独立性、可控性。基于传统工频电力变压器的配电方式已无法满足上述挑战，可从"智能通用变压器"角度来建立含有新型"源""荷"交直流配电系统来满足智能配电网发展的需求，其中有源前端控制器(AFEC)作为智能通用变压器的关键技术，可方便地为新型"源"及"荷"提供直流接口；用户端DC-AC逆变器可保证高品质供电。本项目首先对智能通用变压器中AFEC技术展开研究，提出将双降压/升压全桥式变换器与CLLC谐振变换器模块作为AFEC拓扑结构的核心组成部分，采取SiC技术来探讨高频化对AFEC影响，同时提出基于单级控制系统结构概念来研究AFEC统一控制策略；最后研究智能通用变压器在交直流配电系统中功率协调控制策略及故障保护策略，来提高配电网局部供电的可控性、灵活性、独立性。

基于传统工频电力变压器的配电方式已无法满足现代电网的发展，可从“智能通用变压器”角度来建立含有新型“源”“荷”交直流配电系统来满足智能配电网发展的需求，其中有源前端控制器(AFEC)作为智能通用变压器的关键技术，可方便地为新型“源”及“荷”提供直流接口；用户端DC-AC逆变器可保证高品质供电。本项目首先对现有的有源前端控制器(AFEC)进行研究，提出了一种新型高性能有源前端控制器(AFEC)混合级联型变换器拓扑结构，改善了传统AFEC功率密度低、造价高等方面的问题；并在此基础上，对该有源前端控制器构建系统模型，提出一种基于单级控制系统结构概念来研究AFEC统一控制策略，提高了控制策略的简易程度和可拓展性，此外，针对网测三相电压不平衡的工况，提出一种电流独立控制，能够自适应的穿越鼓掌工况；对AFEC的直流级开展直流变换器关键技术研究提出一种混合型直流变换器，由高频谐振变换器和双主动桥型变换器并联构成，能够保证端电压的稳定和功率传输能力，在此基础上又提出一种基于电磁耦合平衡单元的IPOP型直流变换器，电磁耦合电流平衡技术完全由硬件本身实现功率平衡，避免了复杂采样及控制的低稳定性，同时，其简单灵活的投切操作使得普通人员即可随时随地完成；最后研究了孤岛微网模式下具备二次调压和调频能力的虚拟同步发电机控制，从而提高配电网局部供电的可控性、灵活性、独立性。结合该项目的研究，培养硕士9名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文13篇，被SCI收录5篇、EI收录12篇，申请国家发明专利6项。