面向交直流混合微电网的并联高效双向AC/DC变换器研究

交直流混合微电网是未来分布式发电和智能电网技术发展的重要内容之一。本项目以交流微电网和直流微电网的接口电路为主要研究对象，将着重研究基于RB-IGBT Conergy拓扑的双向AC/DC变换器的效率优化问题和传导电磁干扰（EMI）问题以及两台双向AC/DC变换器的并联运行控制和辅助控制功能。本项目将综合考虑交直流微电网运行要求、分布式电源特性和并网变换器功能这三大要素，针对研究对象建立可靠的数学模型（效率分析模型、开关暂态模型和高频电路模型），并提出一整套有效的设计和控制方案（主电路结构和滤波器设计、传导EMI抑制措施、分层控制系统和本地电压支持功能、谐波补偿功能），实现一套高性能、高效率、高可靠性、低EMI且控制灵活、功能完善、易于扩展的面向交直流混合微电网运行的新型并联双向AC/DC变换器。

交直流混合微电网是未来分布式发电和智能电网技术发展的重要内容之一。本项目以交直流混合微电网中交直流母线间并联高效双向AC/DC接口变换器为主要研究对象，研究内容包括：1）基于RB-IGBT Conergy 拓扑的双向AC/DC 变换器效率优化；2）基于RB-IGBT Conergy 拓扑的双向AC/DC 变换器EMI 基础问题；3）并联双向AC/DC 变换器的分层控制系统研究；4）并联双向AC/DC 变换器的辅助控制功能。. 项目的重要研究结果包括：1）研制成功了基于RB-IGBT Conergy拓扑的并联AC/DC变换器样机，该样机不仅可作为交直流混合微电网中交流母线和直流母线之间的接口变换器，而且可以用于分布式光伏发电系统，为新能源接入电力系统提供了新颖的解决方案；2）建立了基于RB-IGBT Conergy 拓扑的双向AC/DC 变换器效率分析模型，并提出了相应的效率优化措施，使变换器的最高效率达到了97%以上，这项成果有利于提高整个交直流微电网系统的能量利用效率；3）研制了基于SiC MOSFET的并联双向AC/DC接口变换器，进一步提高了系统效率，为分布式发电和微电网系统的电力电子接口提供了基于宽禁带器件的全新解决方案；4）提出了Conergy拓扑（T型三电平）变换器的差模和共模传导电磁干扰高频等效电路模型，并进行了仿真和实验验证，为Conergy拓扑（T型三电平）变换器的电磁干扰抑制提供了重要的理论和技术基础；5）提出了适用于交直流母线间双向AC/DC接口变换器的分层控制系统，包含了本地电压电流控制、分布式下垂控制、二次控制和与大电网的功率交换控制，为交直流混合微电网的安全稳定运行提供了控制方案和技术基础；6）针对交直流混合微电网中直流侧分层控制系统存在的直流母线电压跌落和负荷功率分配精度不高这两个主要问题，提出了基于低带宽通信的直流侧微电网负荷功率分配精度提升方法，不仅改善了功率分配精度，而且确保了系统母线的稳定；7）针对交直流混合微电网中的不对称故障情况，提出了适用于并联双向AC/DC接口变换器的有功功率传输能力提升策略，保证了直流母线电压在交流侧微电网发生不对称故障时仍能维持恒定，改善了交直流混合微电网的稳定性和可靠性；8）针对交直流混合微电网中的分布式储能系统，提出了基于剩余容量的优化放电控制方法，有效地改善了系统的性能和可靠性。