多端口能量路由器建模及控制策略研究摘要：在能源互相交錯(cuò)的復(fù)雜電網(wǎng)中，客戶側(cè)的用電需求由一般電網(wǎng)、分散式發(fā)電系統(tǒng)和分散式儲(chǔ)能系統(tǒng)共同滿足，在提供之余分散式發(fā)電和儲(chǔ)存能量還可向電網(wǎng)側(cè)提供電能，整個(gè)范圍內(nèi)的毎一個(gè)用電客戶將不但是電能的消耗者，還可成為電能的提供者。國家電網(wǎng)向各用戶輸送電能將從目前的“一對多”方式逐漸向“多對多”的方式改變。但是，為成功實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜的電網(wǎng)要求，可以準(zhǔn)確對能量進(jìn)行按照數(shù)量，按照地點(diǎn)，按照時(shí)間的分配，能量在網(wǎng)側(cè)的各個(gè)分節(jié)點(diǎn)和每個(gè)終點(diǎn)都要被精準(zhǔn)控制和主動(dòng)調(diào)配管理，一般的電力系統(tǒng)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)提供電能多種多樣性和能量雙向流動(dòng)及功率調(diào)控的標(biāo)準(zhǔn)，也沒辦法應(yīng)對未來電力市場化的準(zhǔn)則，多端口能量路由器的誕生是基于電力電子技術(shù)，自動(dòng)控制原理等相關(guān)知識(shí)。多端口能量路由器有以下特性：a)可以實(shí)現(xiàn)能量的補(bǔ)償，電壓的交換以及電能的雙向流動(dòng)；b)可以帶來各種多種多樣的電能形式的標(biāo)準(zhǔn)化接口，保證包括分布式發(fā)電設(shè)備范圍內(nèi)的各種交、直流電力設(shè)備的接入，并且在每時(shí)每刻保證隨時(shí)使用；c)能夠?qū)Ω髯儞Q器端口的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)能量管理、潮流調(diào)度等電網(wǎng)要求；d)具備良好的動(dòng)態(tài)特性，能夠應(yīng)對各種短路對電力系統(tǒng)故障的影響；e)能夠成功收集多方面的用電數(shù)據(jù)和電網(wǎng)數(shù)據(jù)，為更大范圍內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行策略提供大數(shù)據(jù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；電能路由器；總體架構(gòu)；控制策略目錄TOC\o"1-2"\h\z\u\t"標(biāo)題3,3"摘要 I第一章緒論 11.1研究背景與意義 )對上述系統(tǒng)按極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。圖4.6逆變變換器主電路圖4.7輸出電壓電流波形輸入由BOOST電路升壓獲得的750V直流電，輸出400Vac/50Hz交流電，功率10KW。4.2.3BOOST變換器端口BOOST變換器的控制電路采用雙環(huán)PI控制方式，PWM作為驅(qū)動(dòng)信號，作用于開關(guān)管，成功實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)管的開通關(guān)斷，這就實(shí)現(xiàn)了BOOST變換器端口的功能，提升直流母線電壓。圖4.8boost變換器控制電路圖4.9輸出電壓圖4.9輸出功率輸入530V直流電，輸出750V直流電，功率為30KW。要求輸出電壓值為750V，所以設(shè)置參考值為750，反饋輸入為變換器輸出電壓Udc，兩者產(chǎn)生的誤差進(jìn)入PI控制器計(jì)算，計(jì)算所得的值與載波產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號波，導(dǎo)致開關(guān)的開通關(guān)斷，重復(fù)該過程輸出電壓會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)。4.2.4BUCK變換器端口BUCK變換器的控制電路采用雙環(huán)PI控制方式，產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號波，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的通斷，達(dá)到以使直流母線電壓降低輸出的目的。圖4.10輸出電壓圖4.11輸出功率圖4.12buck變換器控制電路輸入530V直流電，輸出350V直流電，功率為10KW，要求輸出電壓值為350V，所以設(shè)置電壓參考值為350，反饋輸入為變換器輸出電壓Ubuck，兩者產(chǎn)生的誤差進(jìn)入PI控制器計(jì)算，計(jì)算所得的值再經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)之后得到的值與載波產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號波，以驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的通斷，重復(fù)該過程輸出電壓會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)。4.2.5雙向BUCK/BOOST變換器端口雙向DC/DC變換器端口，可以保證電能兩個(gè)方向流動(dòng)，雙向DC/DC變換器端口的仿真控制搭建如圖4.13所示。該控制電路采用“電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)”的雙環(huán)PI控制模式，輸出PWM信號波可以使雙向DC/DC變換器運(yùn)行。圖4.13雙向BUCK/BOOST端口仿真控制模型Ud為仿真模型中設(shè)計(jì)直流母線電壓，Ub為雙向DC/DC變換器在降壓形式下的輸出電壓，Ib為變換器在降壓形式下的輸出電流。當(dāng)Ud≥550V時(shí)，下面支路運(yùn)行，雙向DC/DC變換器工作在降壓形式下，母線給磷酸鐵鋰電池提供能量；當(dāng)Ud＜550V時(shí)，上面支路運(yùn)行，雙向DC/DC變換器工作在升壓形式下，此時(shí)電池放電。圖4.14鋰電池組SOC、電壓、電流波形仿真時(shí)間0-0.5s內(nèi)，BUCK/BOOST變換器輸入端接入直流母線，此時(shí)，直流母線給鋰電池組充電，SOC增大；當(dāng)0.5s時(shí)，直流母線側(cè)接入負(fù)載，直流母線電壓跌落，此時(shí)，鋰電池組放電，SOC減小。

第五章結(jié)論與展望5.1主要結(jié)論本文主要研究了多端口能量路由器運(yùn)行控制，在全世界能源問題這種大局勢下，我們應(yīng)該解決電能更加有效地使用，這就需要我們對電能進(jìn)行平穩(wěn)準(zhǔn)確快速的分配調(diào)度和管理，因此多端口能量路由器就可以解決這個(gè)問題。5.2研究展望由于專業(yè)知識(shí)和自身能力的限制，能量路由器AC/DC端口有待優(yōu)化，更加深入學(xué)習(xí)下垂控制，在離網(wǎng)運(yùn)行條件下，各個(gè)端口如何重新實(shí)現(xiàn)能量平衡，這就體現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)變流器端口的優(yōu)勢，如果電網(wǎng)側(cè)突然斷開電壓或者網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障，儲(chǔ)能電池組端口依然可以實(shí)現(xiàn)能量路由器各個(gè)端口的功率平衡，這也就間接體現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)變流器端口中下垂控制策略的重要性。在基于多端口的條件下，正常情況此能量路由器可以平穩(wěn)運(yùn)行，但是現(xiàn)實(shí)中，一個(gè)仿真模型能夠成為實(shí)物，一定要有其自身的保護(hù)策略，這樣才是一個(gè)完整的系統(tǒng)，保護(hù)策略也是相當(dāng)關(guān)鍵的一步，在今后的學(xué)習(xí)中，要為能量路由器加入保護(hù)策略。

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