电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2019年第2期

• 基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源关键技术

  吴争1， 孔力2,3， 袁晓冬1， 张释中2,3， 裴玮2,3

  分布式可再生能源大规模接入电网，对系统的灵活接入和运行控制管理提出了新的挑战和更高的要求；利用多端口电力电子变压器构建交直流混合系统，在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源，可以实现灵活接入与组网；同时，减少变换环节，提高能源利用效率，增强系统控制能力，在更大范围实现可再生能源互联互补。构建了基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源关键技术研究框架，并对其中涉及的关键技术进行了详细阐述。

• 单相电力电子变压器中串联谐振型双有源桥电流特性分析

  张航1,2， 李耀华1,2， 高范强1,2， 李子欣1,2， 楚遵方1， 王哲1,2， 王平1

  三级式电力电子变压器(PET)因其良好的控制特性，受到了广泛关注和应用。三级式PET由输入级、隔离级和输出级构成，各级之间通过储能电容相连。由于功率半导体器件的耐压水平有限，一般此类PET由多个功率模块级联构成。各功率模块的中间环节通常采用串联谐振型双有源桥(DAB)变换器来实现不同直流电压等级之间的电能变换与电气隔离。本文在考虑PET交流输入侧、直流输出侧瞬时功率分布规律的基础上，建立了单相PET功率模块的动态等效电路模型，推导了其中串联谐振型DAB的电流时域解析表达式及其简化模型。通过所搭建的Matlab/Simulink仿真模型和电力电子变压器功率模块测试平台验证了该模型的正确性。

• 基于神经网络的三端口DC-DC变换器解耦控制策略

  宋家康， 彭勇刚， 王晓明， 年珩

  针对隔离型三端口有源全桥变换器（TAB）存在的实用性问题，提出一种基于神经网络的解耦控制策略。传统的TAB解耦方法主要包括硬件解耦和软件解耦，硬件解耦通过改变电路拓扑消除耦合，工作模式相对固定，而软件解耦则相对灵活。但软件解耦控制需用查表法来获得与系统运行点密切相关的解耦矩阵，该方法在系统工况复杂时存在表格维数过大、实用性不高的问题。针对该问题，提出了基于神经网络的解耦矩阵在线计算方法，有效地降低了解耦算法的空间复杂度。其次，传统的TAB恒压端口采用端口直流内环加端口电压外环的控制方法，其中端口直流电流内环用于实现端口间的解耦控制。该方法中控制回路的设计依赖于负载动态特性，在负载动态特性未知时控制器无法设计。针对该问题，采用端口电压单环控制，并利用端口直流电流的低频分量来计算解耦矩阵，提高了解耦控制算法对不同负载的适应性。通过对负载变化的情况进行仿真，仿真结果表明，该方法消除了端口间的耦合关系，提高了系统的动态响应速度。

• 多电力电子变压器协调控制及不间断供电研究

  李鲁阳1,2， 范士雄3， 邓卫1,2， 刘幸蔚3， 裴玮1,2， 孔力1,2

  协调控制是保证交直流混合配电系统稳定运行的核心技术。针对多电力电子变压器互联的10kV中压交直流混合配电系统设计了集中式协调控制方案。首先提出了电力电子变压器站控层控制器的统一架构，然后提出了稳态和故障两种工况下系统的协调控制方案。最后基于RT-Lab设计了半实物仿真实验平台并将其用于实验验证。实验结果证明了所提出的协调控制方案的有效性。

• 基于电力电子变压器的交直流混合配电网功率-电压协调控制

  刘向龙1， 刘友波1， 张宸宇2， 陈亮2， 刘俊勇1， 柳丹2

  传统交流配电网柔性调控能力不足，限制了分布式可再生能源(DER)的充分消纳和高效利用，DER接入引发的节点电压异常波动就是重要表现。利用双向多端口的电力电子变压器(PET)构建交直流混合配电系统可以实现灵活组网、减少交直流电量变换环节同时极大地增强对系统潮流调控能力，是解决DER在配网层面高比例接入的重要方案。本文对PET的拓扑结构、组网形式及控制模型进行研究，提出一种PET稳态模型，该模型集成了多个不同电压等级的交直流端口，且每个端口均可独立控制传输功率与端口电压，有利于主从或下垂控制等控制策略的实施。进一步提出了以交直流系统节点电压偏移最小为目标的PET功率-电压协调控制方法，对交直流混合配电算例系统的计算分析表明，交直流混合系统中的PET可以通过灵活、快速的端口功率控制，显著改善系统电压越限、应对分布式电源的出力波动，从而提高分布式电源渗透率、促进可再生能源的就地消纳。

• 含电力电子变压器的交直流混合分布式能源系统日前优化调度

  郭世琦1， 穆云飞1， 陈乃仕2， 蒲天骄2， 袁晓冬3， 李强3

  提出一种含电力电子变压器的交直流混合系统分布式能源的日前优化调度方法。首先，建立了电力电子变压器的稳态模型；然后对于含电力电子变压器的交直流混合系统，建立了其日前优化调度的模型，以实现交直流混合系统分布式能源的充分消纳以及经济最优；最后，用算例来对上述含电力电子变压器交直流系统模型进行验证，结果表明：将电力电子变压器应用于交直流混合系统中，通过电力电子变压器的功率调节功能来对交流网络和直流网络之间的功率传递进行控制，可有效实现分布式发电的充分消纳，另外，通过对分布式发电的合理应用，降低了系统的运行成本，实现了交直流混合系统的经济运行。

• 基于网络重构与SNOP协调控制的交直流混合高压配电网阻塞管控模型

  黄强1， 袁晓冬1， 张曦2， 刘向龙2， 李强1， 刘友波2， 刘俊勇2

  传统交流系统的负荷转供依赖倒闸重构操作，机械过程响应速度慢、操作流程复杂，已经无法有效地缓解结构复杂、负荷快速大幅波动的城市高压配网中的局部运行阻塞，交直流混合配电网具有拓扑灵活、潮流可控的优势，可以利用电力电子换流设备加入可控直流环节提升线路的传输能力，实现负载均衡和连续快速转供，提出将城市配网中的部分交流联络开关改造为背靠背电压源型换流器(VSC)控制的智能软开关(SNOP)，这种交直流组网方式在融入可控直流环节的同时最大限度的保留了原有交流配电系统的存量资产，在此基础上建立SNOP端口功率控制与高压配电网供电路径转换的联合运行优化模型，算例验证数据表明此方案充分利用了SNOP对线路潮流的灵活控制，根据负荷变化动态建立传输路径，有效缓解了局部运行阻塞，同时控制成本更低，还能减少备供线路的投资。

• 含分布式电源的多电压等级交直流混合配用电测试系统

  程林1， 田立亭1， 葛贤军1， 刘满君1， 黄仁乐2

  交直流混合的配电网络为分布式电源及新型负荷的广泛接入提供条件，是未来配电网形态的重要发展方向。本文考虑分布式光伏、风电、电化学储能、交直流负荷的接入，考虑电力电子变压器、直流变压器、故障电流限制器等电力电子设备的应用，建立交直流混合的配用电测试系统，并依据设备的控制模式，给出系统典型的运行方式。所建立的测试系统具有一定适用性，可为交直流混合的配用电系统的稳态计算和相关研究提供基础。

• 计及电力电子变压器的交直流混合配电网能效评估

  洪澜， 彭勇刚， 李悦， 年珩， 韦巍

  在交直流混合配电网能效评估的研究基础上，依据国家相关标准和参考文献，建立了一套计及电力电子变压器的交直流混合配电网的能效评估体系，整套指标体系包括了交直流混合配电网中的中压配电网、配电变压器和电力电子变压器、低压直流配电网和低压交流配电网4个部分，并结合四个模块各自的静态指标、动态指标和能效指标三个方面进行整体评估。采用熵权法和G-1法从客观和主观两个角度确定各项指标权重，同时结合指标状态值，得出配电网的综合能效分值，从直观角度协助交直流混合配电网能效水平提升。结合三个模拟算例，运用建立的指标体系进行评估，评估结果与实际能效情况一致，验证了评估指标的正确性和评估方法的有效性。

• 基于SiC器件的集散式光伏发电系统损耗模型与分析

  张学1,2， 庞云亭1,3， 邱格1,2， 张国驹3， 裴玮1,2， 孔力1,2

  光伏并网发电技术是解决能源危机和环境污染问题的主要技术手段。针对传统集中式光伏发电系统存在太阳能利用率和效率低问题，提出一种带有智能汇流箱的集散式光伏发电系统结构，并将SiC器件应用于智能汇流箱DC-DC变换器和并网DC-AC逆变器，给出了基于SiC器件的DC-DC变换器和DC-AC变换器的损耗模型。最终，通过仿真软件对所提出的光伏并网发电系统的损耗和效率进行了分析，仿真结果表明基于SiC器件集散式光伏发电系统能够有效提升系统效率。

• 电力电子变压器在风力发电系统中的应用研究综述

  关金萍， 徐永海

  电力电子变压器不仅可以减小传统变压器磁性材料的用量，而且具有补偿无功功率、改善电能质量和限制故障电流等功能。优越的性能使其在交直流配电网与能源互联网中得到广泛研究，随着研究的深入，将其替代传统的工频变压器作为风力发电系统中电网和风力发电机组接口的研究，也逐渐引起关注。本文首先对应用于风力发电系统的电力电子变压器主电路拓扑结构进行了分析；然后总结了电力电子变压器的高质量供电与源荷友好接入特性，指出其在风力发电系统中的应用价值；重点对基于电力电子变压器接口的永磁风机和双馈风机风力发电系统的研究现状进行了较为全面地阐述，并对今后需要重点研究的问题提出了建议。