电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究吕晓玲

电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究吕晓玲

吕晓玲1贾诗淇2郭丹伟3

（1.3.吉林省长春市长春理工大学光电信息学院吉林长春130000；2.北京化工大学北京100029）

摘要：分布式能源(DER)的入网需求推动电力系统不断发展，微网是实现大规模间歇式DER接入的有效解决方案。DER采用直流形式接入，可节省大量的换流环节，而且不需要进行相位和频率跟踪，可控性和可靠性大大提高。直流是DER理想的接入形式，近年来直流微网逐渐得到了人们的重视。然而，交流微网仍是现阶段微网的主要形式，交流接入仍是DER并网的主要形式，因此交直流共存的混合微网会是将来长期存在的微网结构。

关键词：电力电子变压器；交直流混合微网；功率控制

1电力电子变压器结构和交直流混合微网结构

1.1电力电子变压器结构

PET主电路的构成包括输入结构、隔离变换结构和输出结构，所采取的是H桥模块连接的形式，确保在输入的时候可以借助小应力电压和低频率开关，使其能够和高压大功率进行适应。隔离变换就是通过对于DAB拓扑的使用，来完成对于能量流动方向的控制；输出结构就是借助滤波器把VSI拓扑输出，把它和母线进行连接，这样可以完成直流向交流输出的转变。PET拓扑结构见图1。

图1PET拓扑结构图

1.2交直流混合微网结构

基于电力电子变压器的典型交直流混合微网系统如图2所示，主网为10kV配网，通过PET联接形成直流微网和交流微网，直流微网中的DER主要通过DC-DC变换器并网，交流微网中DER主要通过DC-AC、AC-DC-AC等变换器并网。DER根据自身特性、接入成本和运行效率等因素，选择直流或交流接入。光伏和风机等分布式能源既有直流接入方式，也有交流接入方式。蓄电池、超级电容和燃料电池等不受地理条件限制的分布式能源，选择直流接入。

图2交直流混合微网系统

2电力电子变压器的运行模式

首先需要明确，DER在输出过程中产生的功率大小会在一定程度上受到天气因素的影响，另外，处于不同时间段内的功率数值也有所波动，微网中这一现象则更加明显，因此，PET的应用主要是用过对能量流动进行协调的方式，保证微网运行状态的稳定。由此可以看出，想要保证DER的稳定输出和科学分配，必须保证接口能量的双向流动，并且在此基础上以接口处的信号变更为依据，对功率进行调节。

2.1并网模式

当处于并网工作形式中，主网以及微网会保持连接的状态，而且PET可以有效地调节电能质量，确保微网在消耗功率的时候可以和阻性负载相同。但是，通过对于阻性负载的分析能够看出，主网在这个时期很难有效地调整。而且通过对于电源流状态的分析能够看出，负荷消耗是前提，经过DER会把发出盈余功率的主要流向当作主网，并且会把微网对于功率的需求当作基础，这样可以完成对于主网能量的吸收或者是提供，确保功率可以保持一个平衡的状态。但是，需要注意的是，在这个时期，交流微网和直流微网之间很难完成对于能量的交换。

2.2离网模式

在离网的工作模式下，主网与微网间的连接被切断，此时功率的流动方向仅仅局限在交流微网以及直流微网之间，因此，这一工作模式对PET所具有的控制功能要求更加严格。离网状态下负载的全部功率均由微网DER所提供，由此可以得出，“DER必须具有对有功和无功进行灵活控制的能力和策略”的结论，此时，PET的功能主要体现在通过对功率进行快速协调，在最大限度上降低微网在运行过程中产生的波动，也就是说，PET可以通过对微网的实际需求和其运行的状态进行判断，明确功率的大小以及其流动的主要方向，所以，想要保证DER对负荷的科学分担，现有的微网策略是通过对DER分散下垂控制，保证微网功率分配的合理性。

3电力电子变压器对交直流混合微网功率的控制策略

3.1并网模式

在并网的工作模式下，PET的主要作用在于通过对微网的功率缺口进行提供，以及对微网的功率盈余进行吸收保证微网的频率，由此可以看出，在并网模式下所开展的相关工作，可以通过PET的应用，实现对主网输入处所具有电压以及电流的高效控制，进而保证微网呈现出“电流源”的状态，而在主网输出处则是经由PET对其所具有的电压功率进行控制，使其处于额定范围内，其目的在于体现PET自身所具有的恒定性。另外，还需要明确的一点为，在该模式下开展工作的主网在与微网进行功率交换的过程中，主要依托于电容对这一过程进行完成，这主要是因为功率交换会在一定程度上引起电容电压的变更或波动，因此，对电容电压进行控制能够起到对主网功率进行控制的效果。

3.2离网模式

离网形式和并网形式有着一定的差距，并且在离网形式中所开展工作的PET，控制方向就是微网功率的交换。在离网的形式中，功率很难借助主网自身所具备的支撑作用，所以进行控制以及协调变得越来越重要。这样能够看出，离网形式中PET控制功能主要针对的就是功率的传输。不仅如此，在这个形式中所运行的PET很难有效地使用主网，进而实现支撑微网功率，因此，微网所包括的DER和PET在传输功率时呈现下垂的情况。总结来说，就是由于频率的降低，有功输出持续增加;要是频率增强，有功输出就会降低。

4结语

综上，文章以在交直流混合微网中加以应用的PET为主体，从并网以及离网两种工作模式的角度出发，对PET的运行模式进行了研究，并且结合实际情况提出了相应的运行策略，保证无论是在并网或是在离网模式下，交直流混合微网都能始终处于稳定的运行状态之中。

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作者介绍：

1.吕晓玲，1973年9月，女，汉族，吉林长春，硕士，副教授，教师，研究方向：电气工程及其自动化。

2.贾诗淇，2001年1月，女，汉族，吉林长春，学士，学生，研究方向：化学与化学应用。

3.郭丹伟，1981年7月，女，汉族，河北，硕士研究生，讲师，研究方向：电气工程。