交直流混合微电网中串联补偿环节与母线接口功率变换器的协调控制研究

Hybrid AC-DC micro-grid is a kind of efficient way connecting Photovoltaic, wind power and other environmentally friendly distributed generations. However, because existing hybrid AC-DC micro-grids connect to the grid via switches directly, the power quality of AC bus is deteriorated and the safe operation of interface power converter is also threatened by the voltage unbalance or voltage flicker of utility grid..To this end, a scheme is proposed to protect the micro-grid from large fault currents and improve the power quality of micro-grid AC bus through controlling concertedly the AC-DC bus interface converter and the series compensating link inserted beforehand between the hybrid AC-DC micro-grid and utility grid. On the basis of power circuit design, the dynamic modeling, control strategy analysis, algorithm for multi-objective control design and stability analysis of the system for the AC-DC bus interface converters and the compensating link will be carried out in turn. The developed multi-objective coordination control strategy will be debugged and optimized on dSPACE platform at first, and be validated by the physical platform consisting of DSP finally..The implementation of this project would improve the stable operation level and powering quality of the hybrid AC-DC micro-grid in the non-ideal actual conditions, and accelerate the process of its practical application by providing theoretical and technical support.

交直流混合微电网是将光伏、风电等环境友好型分布式电源接入大电网的有效方式，但现有交直流混合微电网直接通过开关接入大电网，其交流侧负载的供电质量和接口变换器的安全运行会受到大电网电压不对称或电压闪变的影响。.为此，本项目提出在交直流混合微网与大电网间增加串联补偿环节并通过对该串联补偿环节和交直流母线接口变换器的协调控制来抑制故障大电流和提高微网交流母线的供电质量。在功率电路设计的基础上，依次对交直流母线接口变换器和串联补偿环节进行动态建模、控制策略分析、多目标控制算法设计和系统稳定性分析；所制定的协调控制策略先经dSPACE平台进行算法调试和优化，最后在DSP构成的实物平台上验证。.本项目的研究能有效提高交直流混合微电网在非理想的实际条件下的稳定运行水平和供电质量，为加快其实用化进程提供理论和技术支持。

交直流混合微电网（AC-DC hybrid microgrid, 简称HMG）多从电力系统末端的低压配电网接入电网，一方面易受不平衡、谐波和冲击负荷的影响，另一方面配电网的电压暂降、暂升等短时故障会严重影响HMG的正常运行。因此有必要考虑配电网非理想工况时HMG的故障穿越能力、安全保护能力和电能质量问题。为此，本项目研究了非理想配网环境下HMG的运行与保护问题，主要取得以下进展：（1）提出了一种改进型HMG的拓扑结构，让HMG的交流母线经串联补偿环节后接入配电网，并控制该串联补偿环节与HMG内交直流母线间的双向功率变换器协调工作，提高了HMG的供电质量与故障穿越能力；（2）在分析现有控制策略基础上，针对所插入的串联补偿环节，提出了一种改进的电压补偿复合控制策略，保证实时、快速和精准的电压补偿，同时提出了一种基于RL前馈的限流算法和对应的电压电流双闭环控制策略，实现了故障电流抑制，有利于提高HMG安全性与可靠性；（3）针对串联补偿变压器（Series compensation transformer, SCT）的直流偏磁问题，设计了一种通过控制串联环节输出电压首半周期幅值的方法来对SCT直流偏磁进行抑制，提高串联补偿环节的补偿效果，并用Simplorer / Simulink / Maxwell进行了联合仿真验证；（4）基于FBD功率理论的谐波电流检测法，提出一种附带电能质量控制功能的功率平衡控制策略，使得双向功率变换器能够在功率控制、母线电压支撑与电能质量补偿三方面相兼容；（5）确定了HMG的运行模式与各变换器的分工，分析了所插入串联补偿环节与双向功率变换器的耦合机理，对串联补偿环节与双向功率变换器提出了一种解耦协调控制策略，确保了双变换器预设功能的实现；（6）对改进型HMG进行了系统全面的仿真分析与dSPACE平台实验验证，研制了串联补偿环节与双向功率变换器的样机，为进一步研究非理想环境下HMG的暂态过程、损耗特性等其它问题奠定了基础。