電力電子變壓器對交直流混合微網功率的控制

劉高宇

隨著分布能源在入網方面需求的不斷提升，社會電力系統也呈現出了高速發展的狀態，因此，作為能夠保證DER大規模入網最高效的方式，對交直流混合微網功率進行控制的重要性開始為人們所熟知，文章以電力電子變壓器和交直流混合微網的主要構成為出發點，運用理論與實際相結合的方式，從并網模式和離網模式兩種狀態下對PET的運行以及PET對微網功率的控制策略進行了仔細的研究，供相關人員參考。

【關鍵詞】電力電子 變壓器 交直流混合微網 功率控制

經由直流電網所接入的分布能源能夠通過對交流環節進行科學省略的方式，提高其工作的可靠性，由此可以看出，在對DER進行接入的過程中，直流微網是最為理想的形式，但這并不代表人們可以對交流微網的重要性加以忽略，現階段，交流電網仍舊屬于DER的接入形式，由此可以看出，交直流混合微網將會是社會目前以及未來一段時間內穩定存在的分布能源接入結構。

1 電力電子變壓器和交直流混合微網的結構

1.1 電力電子變壓器的結構

PET的主電路由輸入、隔離變換以及輸出三級結構所構成，輸入級應用的是CHM拓撲，通過將H橋模塊相聯結的方式，保證輸入期間能夠通過對小應力電壓以及低頻率開關的應用，使其與高壓大功率相適應，隔離變換則主要是通過對DAB拓撲的應用，實現控制能量流動方向的目的，輸出級則是經由濾波器將VSI拓撲進行輸出，使其與母線相連接，真正實現將直流轉變為交流輸出的效果。

1.2 交直流混合微網的結構

經由PET所控制的微網系統通常以10kV的配網為主網，通過對PET聯結功能的應用，形成相應的直流微網以及交流微網，其中直流微網DER在并網的過程中主要依托于蓄電池，而交流微網DER并網則可以通過居民負荷以及燃氣輪機而實現。DER在對接入方式進行選擇的過程中，主要參考因素為自身的相關特性、運行的成本和效率等，而蓄電池、燃料電池以及部分不受環境制約的DER則可以通過直流電網實現自身的入網。

2 電力電子變壓器的運行模式

首先需要人們明確的內容在于，DER在輸出過程中產生的功率大小會在一定程度上受到天氣因素的影響，另外，處于不同時間段內的功率數值也有所波動，微網中這一現象則更加明顯，因此，PET的應用主要是用過對能量流動進行協調的方式，保證微網運行狀態的穩定。由此可以看出，想要保證DER的穩定輸出和科學分配，必須保證接口能量的雙向流動，并且在此基礎上以接口處的信號變更為依據，對功率進行調節。

2.1 并網模式

在并網的工作模式下，主網和微網處于連接狀態，此時PET的作用在于通過對電能質量的調節，保證微網在功率消耗過程中的作用等同于阻性負載，而在功率回饋過程中的作用則等同于電流源。在對阻性負載的狀態進行研究時可以發現，主網此時無法對微網功率進行緩沖和平衡，而對電源流狀態進行研究能看出，以負荷消耗為前提，經由DER而發出的盈余功率的主要流向為主網，此時PET能夠以微網對功率的實際需求為基礎，是相對主網能量的吸收或提供，保證功率始終處于平衡狀態，需要注意的是，此時交流微網以及直流微網之間是無法對能量進行交換的。

2.2 離網模式

在離網的工作模式下，主網與微網間的連接被切斷，此時功率的流動方向僅僅局限在交流微網以及直流微網之間，因此，這一工作模式對PET所具有的控制功能要求更加嚴格。離網狀態下負載的全部功率均由微網DER所提供，由此可以得出“DER必須具有對有功和無功進行靈活控制的能力和策略”的結論，此時PET的功能主要體現在通過對功率進行快速協調，在最大限度上降低微網在運行過程中產生的波動，也就是說PET可以通過對微網的實際需求和其運行的狀態進行判斷，明確功率的大小以及其流動的主要方向，所以，想要保證DER對負荷的科學分擔，現有的微網策略是通過對DER分散下垂控制，保證微網功率分配的合理性。

3 電力電子變壓器對交直流混合微網功率的控制策略

3.1 并網模式

在并網的工作模式下，PET的主要作用在于通過對微網的功率缺口進行提供，以及對微網的功率盈余進行吸收保證微網的頻率，由此可以看出，在并網模式下所開展的相關工作，可以通過PET的應用，實現對主網輸入處所具有電壓以及電流的高效控制，進而保證微網呈現出“電流源”的狀態，而在主網輸出處則是經由PET對其所具有的電壓功率進行控制，使其處于額定范圍內，其目的在于體現PET自身所具有的恒定性。另外，還需要明確的一點為，在該模式下開展工作的主網在與微網進行功率交換的過程中，主要依托于電容對這一過程進行完成，這主要是因為功率交換會在一定程度上引起電容電壓的變更或波動，因此，對電容電壓進行控制能夠起到對主網功率進行控制的效果。

3.2 離網模式

和并網模式不同，在離網模式下開展工作的PET，主要的控制方向為微網功率的交換，這是因為在離網的模式下，功率無法依托于主網自身的所具有的支撐作用，因此，對其進行控制和協調就顯得非常重要，由此可以看出，離網模式中PET的控制功能主要針對功率傳輸。另外，在該模式下運行的PET無法通過對主網的應用，實現支撐微網頻率的目的，所以，此時微網所包含的DER以及PET在對功率進行輸出時呈現出了下垂的特性，也就是隨著頻率的降低，有功輸出隨之增加，若頻率提高，有功輸出則會減少。

4 結論

綜上所述，文章以在交直流混合微網中加以應用的PET為主體，從并網以及離網兩種工作模式的角度出發，對PET的運行模式進行了研究，并且結合實際情況提出了相應的運行策略，保證無論是在并網或是在離網模式下，交直流混合微網都能始終處于穩定的運行狀態之中。

參考文獻

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作者單位

武漢晴川學院 湖北省武漢市 430000