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关键词： 能量路由器   电力电子变压器   多电平换流器   模块化   模型预测控制  

摘要： 随着分布式电源技术和储能技术的发展,未来电网将向能源互联网发展。能量路由器作为实现能源互联网的关键装备,在能源互联网中具有举足轻重的作用。能量路由器的控制策略是能源互联网运行的基础,关系到可再生能源的消纳、电能的高效灵活转换。因此,本文以模块化电力电子变压器(Modular Multilevel Converter-Power Electronic Transformer,MMC-PET)型能量路由器为研究对象,研究其控制策略,对改善电力系统布局,促进电力系统协调发展,实现能源互联网具有十分重要的意义。本文首先分析了 MMC-PET型能量路由器工作原理与数学模型,为后续控制策略的研究提供理论基础。其次,对于MMC-PET型能量路由器电网级控制,针对基于双环结构的传统级联控制策略不易实现多目标控制和多控制器级联控制使得控制器参数整定困难的问题,将模型预测控制引入电网级的控制,阐述了模型预测控制具有易于实现多目标控制的优点。又针对模型预测控制多目标控制权重因子的选取多依靠工程经验,需要反复调试,难以精确设计的问题,研究了一种分层模型预测控制策略,通过最优电平求解,得到下一个控制周期上、下桥臂需要投入的模块数,再进行子模块电容电压平衡控制,降低开关频率。同时,对于MMC-PET型能量路由器用户级控制,阐述了 MMC-PET型能量路由器用户级除了直接连接负载,也存在连接于交流微电网的情况。针对交流微电网电压不平衡时,用户级变换器在交流侧会产生非正弦的电流、有功二倍频波动、无功二倍频波动,会降低交流微电网的电能质量的问题,将保守功率理论和模型预测直接功率控制相结合,应用于用户级变换器的功率直接控制。与基于瞬时无功理论的传统模型预测控制相比,所研究的新型控制策略在同时消除有功和无功的二倍频波动时,能获得谐波含量更低的电流波形,而不影响动态响应速度,且避免引入了复杂的功率补偿策略。最后设计了 MMC-PET型能量路由器主电路参数,对直流母线电压及子模块电容电压、子模块电容、桥臂电感等进行了选值设计,借助Matlab搭建了 MMC-PET型能量路由器仿真模型,并验证了控制策略的有效性。

摘要： 2022年11月4日-7日广州越秀国际会议中心会议网址：***由中国电源学会主办的2022中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十五届学术年会及展览会将于2022年11月4日-7日，在广东省广州市-广州越秀国际会议中心举行。活动汇聚境内外电源学术界、产业界和政府部门的高层人士和广大科研技术人员，将通过大会报告、专题讲座、技术报告分会场、工业报告分会场、墙报交流、产品展览等形式，总结交流电源技术各个领域的新理论、新技术、新成果，展示目前电源技术的发展水平，探讨今后的发展方向，为业界提供理想的交流平台。

关键词： 电力电子化配电网   电能质量   线损调控  

摘要： 随着科技的发展,各类电力电子设备不断应用于人类生活中,其中包含各类电力电子化的用电设备以及消纳可再生能源的分布式发电设备。电力电子设备的渗透率不断提升导致配电网中电能质量扰动发射水平不断增加,电能质量问题恶化。然而,现代用电负荷对供电电能质量的要求却越来越高,并且随着“双碳”政策的提出,对配电网线损要求也日益严格。因此,本文对电力电子配电网中存在的电能质量和线损问题进行研究,包含对电能质量扰动信号的分析算法、基于确定性模型的电力电子化配电网特性、基于概率模型的电力电子化配电网特性以及利用分布式发电调控电力电子化配电网线损等方面的研究,具体内容如下:（1）针对配电网电力电子化程度不断加深带来的电能质量扰动问题,对电能质量扰动信号评估算法进行了研究。首先,建立了电能质量扰动信号的数学模型以及用于原子分解算法的字典。此外,还对电能质量扰动信号的传统原子分解算法进行了分析和优化,在电能质量扰动信号分类探测算法启发下,提出了基于卷积神经网络的改进型原子分解算法。最后,根据在合成数据集及实测数据集上进行对比分析结果,本文提出的基于卷积神经网络的原子分解算法在计算资源的消耗和子字典选择的正确性上都有着显著提升。（2）对电力电子化配电网确定性评估模型进行了研究。由于谐波是配电网电力电子化后的主要问题,本文首先建立配电网的谐波潮流计算模型。在配电网的谐波潮流计算模型的基础上,分析了电力电子化谐波负荷和分布式发电对配电网的影响。本文通过建立电力电子化配电网谐波潮流模型,对常规配电网潮流计算中未被考虑到的谐波因素进行了建模分析。（3）在确定性电力电子化配电网模型的基础上,针对电力电子化负荷和分布式发电的不确定性对配电网影响进行研究。首先建立了电力电子化配电网模型中负荷和分布式发电的概率模型。此外,还利用蒙特卡洛仿真和点估计方法对配电网概率模型进行求解,并对求解结果进行对比分析。通过对电力电子化配电网概率模型的评估,能为配电网的规划提供更有效的信息。（4）在约束条件为电压偏差水平和谐波水平的电力电子化配电网确定性模型和概率模型上,对分布式电源优化接入的线损调控策略进行研究。其中利用遗传算法对确定分布式电源接入节点和容量的混合整数非线性规划模型求解。此外,还对不同接入方案表现进行分析对比,以探讨更加优秀的线损调控方案。

关键词： 电力电子技术   电气工程   应用   展望  

摘要： 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术科学,是属于电子与电力的新型交叉学科,其应用范围已经拓展到电力、工业制造、航天、信息通信、国防、智能家电等众多领域。随着计算机技术、网络技术、通信技术以及智能电力技术的发展,对电力电子技术提出了更高的要求,也推动了其发展。本文总结了电力电子技术的概念和特征,分析了其在电气工程中的作用,并以电力系统为例介绍了在电气工程中的应用情况,最后对电力电子技术的发展进行了展望。

摘要： 为了更好地促进“海上风力发电中的电力电子技术”相关技术的研究与应用,本刊拟将2022年第10期辟为“海上风力发电中的电力电子技术”专辑,以期对国内外海上风电电力电子技术的研发现状提供一个比较全面的展示平台。

摘要： “双碳”目标下，加速构建以新能源为主体的新型电力系统已成为电力电子及电力系统相关产学研界的聚焦热点。8月19日至21日，由台达主办、哈尔滨工业大学承办的“2022台达电力电子新技术研讨会”在苏州吴江举行，首度针对这项攸关能源转型的重要课题，举办“台达电力电子化新型电力系统高峰论坛”，邀请电力电子及电力系统两个领域的专家学者及师生深入交流。台达创办人暨荣誉董事长郑崇华先生会上宣布，在电力电子科教两计划的基础上，

关键词： 电力电子   控制平台   可复用   嵌入式   拓展性   双核DSP  

摘要： 随着现代电力电子技术的飞速发展,电力电子系统的性能不断提高,结构也在变得越来越复杂化和多样化,这对电力电子控制平台提出了更高的要求。而现有的电力电子控制平台往往只能用于某一类电力电子系统,难以复用。为了缩短电力电子控制平台研发的周期,避免每次开发电力电子系统都要重新设计控制平台,本文设计了一个对于常见电力电子系统可以复用并且具有拓展性的电力电子控制平台。为了提高电力电子控制平台的软硬件可复用性,首先分析了常见电力电子系统的特点,总结出电力电子控制平台设计对硬件要求的一般原则,其中包括硬件接口资源种类、核心处理器的计算能力以及通信能力等需求,根据需求确定核心处理器的具体选型为双核数字信号处理器(DSP)OMAPL138。电力电子控制平台的控制软件也需要复用化,对电力电子控制软件进行分类,选择出其中适合复用的软件模块。在DSP的软件平台上以封装函数的形式将软件模块化,在FPGA的软件平台上以IP核的形式将电力电子控制软件模块化。同时,本文的软件设计基于嵌入式实时操作系统,使用操作系统可以有效减小双核DSP的程序开发和调试的难度,同时还增加了应用程序的可移植性。考虑到电力电子控制平台的硬件可拓展性的需求,DSP的硬件资源有限且功能固定,拓展性有限。为此,提出了使用设计灵活性极高的现场可编程门阵列(FPGA)来作为控制平台的可编程和可配置的拓展接口,最终确定了DSP+FPGA的双核主控架构。提出了电力电子控制平台的硬件整体设计,设计了可以复用的最小系统、通信接口模块、AD采样模块、DA输出模块以及数字信号输入输出模块。最后,电力电子控制平台设计的好坏,要在具体的应用中体现。本文设计的电力电子控制平台通过外接多块可复用的16位八通道AD模块、12位四通道DA模块以及配置FPGA的GPIO作为PWM通道来适配不同的复杂电力电子系统。在验证了电力电子控制平台的基本功能后,将其分别用于控制H桥级联逆变器和磁悬浮位移系统,实验结果证明了该电力电子控制平台软硬件设计的合理性。

关键词： 电力电子化负荷   变频空调   分布式光伏   负荷建模   参数辨识   馈线负荷识别  

摘要： 电力系统仿真计算是进行电力系统控制策略研究以及电网调度的重要支撑,而仿真计算的精确度则与所采用模型关系密切,因此负荷模型的精准性对大电网安全高效运行起着至关重要作用。随着电力系统逐步向电力电子化方向发展,电网中源-网-负荷的电气参数和特性都产生一些新的变化,传统的负荷模型对电力电子化负荷的等效性有所不足。 本文以目前应用较为广泛的变频空调和分布式光伏为例,分析其工作原理,在DIg SILENT软件平台下建立起包括室内外热交换模型、整流器、逆变器、频率控制器以及电机驱动压缩机组成的详细变频空调负荷模型,以及包括了光伏阵列、DC/DC变换器、逆变器和控制器的分布式光伏并网发电系统,并通过实验测试以及仿真分析,验证了变频空调以及分布式光伏负荷模型的正确性。 通过研究变频空调以及分布式光伏负荷的负荷集群等效特性、模型降阶机制,提出了基于详细机理模型的变频空调等效模型、基于变频空调详细模型的综合负荷模型、基于详细机理模型的分布式光伏负荷模型以及基于分布式光伏详细模型的综合负荷模型。而后分别以纯变频空调负荷集群和含变频空调负荷配电网为仿真模型,以及纯分布式光伏负荷集群和含分布式光伏负荷配电网为仿真模型,以粒子群算法为参数辨识方法,将所提出模型与经典综合负荷模型进行等效效果进行对比,结果显示本文所提模型具有更小的等效误差,对电力电子化的电力系统负荷模型有更高的等效精度,为提高电力系统仿真的准确性做出了贡献。 最后为了实现对馈线负荷构成进行识别,建立了包含不同比例的变频空调负荷、分布式光伏负荷、感应电机负荷以及ZIP负荷的电网模型。运用基于特征线性调制的改进BP神经网络的方法挖掘负荷节点或馈线功率变化的特征,并对负荷构成进行识别,模型经过训练后发现改进BP神经网络对馈线负荷构成有着较高的识别精度。

关键词： 电力电子变压器   双有源桥   多有源桥   解耦控制   优化控制  

摘要： 能源是国民经济发展和人类日常生活的基础,是社会进步和国家安全的根本保证。随着人类对能源的需求和消耗越来越大,全球能源结构不断变化,新能源发电的占比逐年增加,构建以微电网为基本单元的未来智能互联电网,是大量可再生能源、储能与可控负荷并入电网的有效途径。为提升微电网的灵活性及其对分布式电源的管控能力,更好地支撑能源互联网运行,多端口、多功能、扩展灵活、能量可控的电力电子变压器(Power Electronic Transformers,PET)极具研究价值。因此,本文以级联型电力电子变压器为研究对象,深入研究了其工作原理、传输功率特性和控制策略等内容,并针对电力电子变压器DC-DC级的两种拓扑结构,提出了相对应的优化控制方法。首先,本文研究了双有源全桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器的单移相控制和多重移相控制,分析了在不同调制方法下变换器的工作特性,并采用拉格朗日乘数法对不同移相控制策略下变换器的电流应力进行优化,验证了一种可以在全功率范围内减小电流应力的控制算法。其次,本文研究了基于DAB变换器的级联型电力电子变压器,分析了整流级控制策略对中间DC-DC级变换器的影响,以及在不同控制策略下输出并联DAB变换器的控制方式。针对级联型电力电子变压器整流模块直流电压不平衡、并联DAB模块传输功率不平衡的问题,本文结合DAB变换器的最小电流应力优化控制和虚拟直接功率控制,研究了一种多模块优化功率平衡控制方法。该控制方法在实现传输功率均分的基础上,减少了电力电子变压器的传输损耗,提高了变换器对负载突变的动态响应能力。然后,本文研究了基于QAB变换器的级联型电力电子变压器。建立了四有源全桥(Quadruple Active Bridge,QAB)DC-DC变换器的数学模型,对比分析了单移相控制与三角电流控制两种控制方法,总结了各有源桥间可能存在的能量传输路径。针对传统功率平衡控制各有源桥耦合严重且动态响应较慢的问题,本文研究了一种控制简单且可实现功率双向传输的零移相线性化解耦方法,并推导出QAB变换器的解耦矩阵,提出了一种基于QAB变换器的优化功率平衡控制方法。最后,本文搭建了基于DAB变换器和基于QAB变换器的电力电子变压器实验平台,验证了所提优化控制方法的有效性和优越性。

关键词： 混杂系统   寄生参数   阻抗网络   混合储能   脉冲序列  

摘要： 本文以电力电子混杂系统为研究对象,在现有信号混杂系统研究的基础上,对功率混杂系统的非线性问题分析与改进方法进行了深入研究。从高阶网络电磁能流传播、多端口阻抗网络功率传输、混合脉冲序列电机控制方法等方面探索了功率混杂系统的组合特性与运行方法。重点分析了混杂系统高阶振荡、低阻尼与谐波畸变等混杂系统动力学特性及其造成的约束与影响。考虑以上因素,结合混杂系统中的三类应用技术——标准模块的汇集组合、有源阻抗网络系统以及非对称绕组结构电机的双频驱动技术,总结了混杂系统组合中的设计与提升方法。利用多类型与多功率等级的电力电子混杂系统实验平台对研究成果进行了实验验证,实现了混杂系统理论研究的实际应用。模块化变流器汇集环节中母排寄生参数与支撑电容形成不易被察觉的寄生阻抗网络,导致的复杂谐振模态及电应力会产生热击穿等危害。在以往通过实验与反复迭代寻找最优连接方式的方法之外,本文提出大尺寸汇流母排网络结构的正向设计与评估方法。首先,通过推导汇集环节子网络导纳矩阵构建出寄生网络传递函数矩阵,揭示了子网络组合引起多峰值谐振的机理。然后,针对汇集环节电流的畸变特征,将寄生网络传递函数矩阵与正负序分解法组合,获得汇集环节电流与子网络电流的准确数学关系。基于以上两点在315k W光伏系统进行了设计、评估与实验验证工作。结果表明采用所提出的理论与方法,光伏系统模块汇集环节中支撑电容谐振电流的预估值与实验结果一致。优化后寄生网络中的电容谐振电流最大降幅为49%,有效解决了汇集环节中电容谐振电流引起的热应力问题。为了降低电池功率变换器的损耗与成本,进行了利用无源阻抗网络变流器实现混合储能功率传输与协同管理的探索。构建出利用单级功率变换器完成电机驱动器与混合储能管理的有源阻抗网络变换器。推导与分析了系统极点变化规律,设计出的有源阻尼控制方法解决了储能元件嵌入后引起的控制阻尼降低问题,电流控制器带宽提升两倍。然后,利用电池的电压钳位作用拓宽了阻抗网络变换器的高效率区间,最高损耗降幅达40%。最后,提出的功率分频协调控制策略与电池瞬态峰值电流估计方法既避免冲击电流造成的电池应力同时确保了混合储能系统的响应速度与多模式的无缝切换。针对大功率电机驱动系统在低载波比运行时存在的转矩脉动等问题,开展了采用脉冲序列组合改进多相电机驱动性能的研究。首先,阐述了采用相同载波比驱动方式实现双三相电机绕组功率分配的原理与实现方法。进一步,开展了基于主从式非对称电机绕组的双频混合驱动方式研究,解决了主从绕组互感参数设计、混合脉冲序列组合方式与样机制作等方面的难题。仿真与实验结果表明所提出的驱动系统具有主动消除转矩脉动、振动噪声以及负载扭振等方面的优势。与增大载波比的三相驱动系统相比,实现相同转矩脉动指标,主从绕组双频驱动系统的损耗可降低30%左右。