交直流混合配电型通用功率变换器（UPC）研究.pdf

第４４卷第１期２０１６年１月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｏｌ＿４４ＮＯ．１Ｊａｎ．１２０１６△交直六日ＩＬ，仁匕口配电型通用功率变换器（ＵＰＣ）研究张树东，朱大为，刘闯，张晔，田孝铜（１．吉林省电力公司长春供电公司，吉林长春１３００２１；２．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林１３２０１２）摘要：提出了基于通用功率变换器的交直流混合配电网系统架构概念，在解决传统交流配电网电能质量问题同时，满足直流配电网发展需求。首先提出了一种结合电压平衡控制器（ＶＢＣ）￣Ｈ四桥臂型三相四线制电压源变换器（ＶＢＣ）的新型ＵＰＣ整体系统结构，并给出一种基于交流电流跟踪补偿的并网ＶＳＣ和基于恒定直流电流脉冲触发模式的ＶＢＣ整体协调控制策略。最后通过搭建７５ｋＷ仿真实验系统验证了ＵＰＣ在直流配电、分布式电源直流并网和交流配电网电能质量治理等方面性能的有效性。关键词：交直流混合配电；通用功率交换器；无功补偿；谐波治理；单位功率因数；分布式电源Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ｕＰｃ）ｆｏｒｈｙｂｒｉｄＡＣａｎｄＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＺＨＡＮＧＳｈｕｄｏｎｇ，ＺＨＵＤａｗｅｉ，ＬＩＵＣｈｕａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｅ，ＴＩＡＮＸｉａｏｔｏｎｇ２（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，ＪｉｌｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｕｎｉｖｅｒｓａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ｕＰｃ）ｂａｓｅｄｈｙｂｒｉｄＡＣａｎｄＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＡＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｆｉｒｓｔ，ａｎｏｖｅｌＵＰＣｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＶＢＣ）ｗｉｔｈｔｈｅ—ｆｏｕｒ－ｌｅｇｂａｓｅｄｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｗｉｒｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ｖｓｃ）ｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ—ｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅＡＣｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂａｓｅｄｇｒｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｄＶＳＣａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔＤＣｃｕｒｒｅｎｔｂｕｒｓｔｍｏｄｅｂａｓｅｄＶＢＣ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅ７５ｋＷｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＵＰＣｕｎｄｅｒＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤＣｓｏｕｒｃｅｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆＡＣｄｉｓｔｒｉｂｔｉｔｉｏｎ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｊｅｃｔＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１５２２０２２０００１４２）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄＡＣａｎｄＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｕｎｉｖｅｒｓａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｈａｒｍｏｎｉｃｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ；ｕｎｉｔｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７６０引言严峻的能源形势和人类生态环境压力下，世界各国都将开发利用可持续的清洁能源作为未来的能源发展战略，其中以太阳能、风能、燃料电池等为代表的分布式能源（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＤＧ）已成为各国关注的热点【卜。目前，采用交流配电网实现ＤＧ的接入及对直流负荷供电时，需要大量的换流器和多级电能变换，不符合ＤＧ与直流负荷量小面基金项目：国家电网公司科技项目资助（合同编号２０１５２２０２２０００１４２）文章编号：１６７４．３４１５（２０１６）０１．００４８．０８多的特点，投资大，效率低ｌｊ曲Ｊ。相比交流配电方式，直流配电的供电能力更强、更可靠、更高效。将直流负荷和ＤＧ接入直流配电网既避免了接入交流网时所产生的频率稳定和无功功率平衡等问题，又能节省变换器数量和电能变换级数，具有突出的节能优势。研究表明ｊｆ氏压直流供电方式可以兼容目前大部分的低压交流负荷，能降低配电网电能损耗、增强供电可靠性、提高电能质量。因此，随着配电网中ＤＧ的广泛接入和直流负荷的大量增加，在现有交流配电的基础上，采用交直流混合型配电将是未来配电网的一大趋势。张树东，等交直流混合配电型通用功率变换器（ｕＰｃ）研究．．４９．．本文采用的通用功率变换器（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｎｅｒ，ｕＰｃ）在兼具传统功率变换器的ＤＧ直流并网和交流网无功与谐波补偿等功能外，既能平衡三相不对称交流负荷，实现变压器三相电流对称且获得单位功率因数，还能通过直流侧的双极三线制供电结构提供两个直流电压等级，提高直流网的供电灵活性。而且，ＵＰＣ中基于恒定直流电流脉冲触发模式控制的ＶＢＣ单元能实现双极三线制直流网中负荷或ＤＧ分布不平衡时两极直流电压保持平衡。ＵＰＣ将避免以往ＤＧ并网设备利用率低及频繁投切对局部电网稳定造成的影响，实现一机多用，简化系统结构，节省设备投］。１新型ＵＰＣ系统结构如图１所示，ＵＰＣ主要由三相四线制电压源型变换器（ＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅＣｏｎｖｅ￣ｅｒ，ｖｓｃ），Ｄ电压平衡控制器（ＶｏｌｔａｇｅＢａｌａｎｃｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｃ）两部分构成。ＶＳＣ起到ＤＧ并网变换器和交流配电网电能质量综合治理的作用，ＶＢＣ起到双极性直流配电网正负两极电压平衡控制的作用。一一一一一一Ｖ—ＳＣ一一一一一一一一一一一一一一一一ＵＰＣ图１ＵＰＣ系统整体结构Ｆｉｇ．１ＵＰＣｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ因ＵＰＣ应用于三相四线制低压配电网中，故其前端的ＶＳＣ选用四桥臂型三相四线制结构【ＪＪ。作为整体统一控制的ＶＳＣ前三个桥臂用于补偿交流配电网中正序和负序谐波电流，第四桥臂主要调控交流配电网的零序电流。此外，采用ＬＣ滤波器滤除ＵＰＣ并网电流中的高频分量，减少其影响配电网中对电磁干扰较敏感的负荷。为满足直流负荷及ＤＧ对电压等级的要求，并使直流网电压等级与现有交流负荷相匹配，ＶＳＣ直流侧总电压控制稳定在（７６０Ｖ，±５％）。图１中ｉ、ｉｕ、ｉｌ分别代表交流网中变压器电流、ＵＰＣ并网电流和交流负荷电流；ｆ、研代表ＶＳＣ前三桥臂的滤波电感和电阻；、尺代表ＶＳＣ第四桥臂的滤波电感和电阻；Ｃ为滤波电容；Ｒ１、２、３分别表示直流网中连接于正极、负极与中性线之间或正极与负极之间额定电压为３８０Ｖ或７６０Ｖ的直流负荷的等效电阻；尸Ｄ１、ＰＤ２、尸【分别表示用以模拟直流网中连接于正极、负极与中性线之间或正极与负极之间额定电压为３８０Ｖ或７６０Ｖ的ＤＧ的电流源发电功率。ＶＢＣ由左、右两个桥臂组成，两个桥臂中功率开关Ｓ和Ｓ２独立控制，避免了传统桥式拓扑结构中功率开关直通问题，提高了系统可靠性。通过ＶＢＣ模块构造一条中线，形成双极性三线制直流配电网络结构。然而，直流网中负荷或ＤＧ在两极之间分布不平衡将导致其正负极电压。、。２不对称，控制满足运行要求的同时，还应控制直流网正负极电压平衡。因此，先通过ＶＳＣ使保持在７６０Ｖ左右，再通过ＶＢＣ使直流网正负极电压稳定在３８０Ｖ左右而不受直流负荷或ＤＧ分布不平衡的影响。这样，直流网就具有７６０Ｖ和３８０Ｖ两个电压等级，提高了ＤＧ和负荷分布的灵活性。２ＵＰＣ中ＶＳＣ整体协调控制研究２．１ＶＳＣ基本补偿原理因ＵＰＣ运行时，ＶＳＣ与ＶＢＣ的功能和控制相互独立，故分析ＶＳＣ时将ＶＳＣ直流端以外的部分整体划入直流网考虑，其简化原理图如图２所示。交图２ｖｓｃ系统简化图Ｆｉｇ．２ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＶＳＣｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍ电力系统保护与控制为使交流配电网前端工频变压器只提供三相平衡的正序基波有功功率，故根据功率平衡准则，负荷所需的无功和谐波功率必须由ＵＰＣ完全提供。设交流配电网非线性不对称负荷电流为ｉ，变压器出口端电流为ｉ。，ＵＰＣ并网电流为ｆｕ，由图２得‘ｔ一（１）非线性负荷电流ｉｌ包含基波有功电流分量ｆＤ、基波无功电流分量ｉ。、谐波电流分量，即‘ｆｐ＋ｉ＋ｆｈ（２）当ｉｕ＝ｉｑ＋ｉｈ时，则ｉｓ＝ｉｐ，即交流网只提供有功电流而不受负荷电流中谐波和无功电流的污染。此时，并不能保证配电变压器三相电流平衡，尤其当各相负荷有功功率差异较大时，变压器三相电流幅值将有显著差异。为解决上述问题，应在混合配电网的总负荷功率中扣除由直流网中ＤＧ提供的功率外，将剩余功率在变压器三相之间平均分配，即＝＝＝÷（＋一）（３）ｊ不考虑配电网三相电压畸变与不平衡时，式（３）可使变压器三相有功电流幅值相等，若进一步使各相电流与电压相角保持同步，将实现变压器三相负荷不平衡时，其出口端三相电流对称且功率因数近似为１。此外，ＶＳＣ还需根据各相负荷功率需求对变压器三相对称有功电流进行再次转换和分配，并完全提供各相负荷所需的无功功率。２．２ＶＳＣ并网指令电流算法因基于瞬时功率理论补偿电流算法涉及多次或砌变换，运算复杂，且不能平衡三相不对称负荷电流。因而，本文采用基于能量平衡的时域补偿电流算法以简化计算，并使负荷不平衡时变压器三相电流对称，其框图如图３所示。当电网电压严重畸变时，为获得满意的补偿效果，应先采用瞬时对称分量法从三相不对称电压中分离出三相正序基波电压分量后，再进行ＵＰＣ补偿电流参考值计算。图３ＵＰＣ并网参考电流算法结构框图—Ｆｉｇ．３ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＵＰＣｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍ考虑ＤＧ并网时，交流负荷功率由变压器和ＤＧ共同提供。设三相交流负荷总有功功率为Ｐｌ，直流配电网总有功消耗和ＤＧ发电总功率分别为ＰＩＪ和尸ｄ，则有＝尸Ｄ＋＋（４）设、分别为变压器电流参考值和ＵＰＣ并网电流参考值，其计算为一／一ｓａ一手（一磊＝一睾（＋一）（５）ｆ＝ｃ一毫＝一（＋一只）—ｌｕｎ＝一‘（＋＋／ｕｃ）＝一（＋ｌｉｂ＋ｉｌｃ）式中，４＋＝（）十（喀）＋（），咕、咕、喀为ＰＣＣ点处三相电压、Ｖｐｂ、Ｖｐ。的基波正序分量。该文近似认为交流配电网三相电压对称且仅含基波正序电压分量，并设、、分别为Ｖｐ、Ｖｐｂ、Ｖｐ。的相角，则式（５）可化简为ｉＳａ＝￣－南ｃ—ｌｕｂ￣ｌｉｂ－－南ｃ㈣。青—ｌｕｎ＝一‘‘（ｉ＋ｂ＋。）即配电变压器平均分担了在整个系统中扣除ＤＧ发张树东，等交直流混合配电型通用功率变换器（ｕＰｃ）研究．５１．电功率后所剩的有功负荷。式中的计算为１ｇ＝÷‘’‘ｌｌＩ＋ｖｐｂｌｉｂ＋ｖｐ。）ｄｔ（７）因尸ｕ与尸ｄ的差值将影响的变化，当Ｐｕ－Ｐｄ＞０，直流侧电容处于放电状态，降低；当尸ｕ一尸ｄ＜Ｏ，电容处于充电状态，增大；当一尸ｄ＝０，电容存储能量不发生变化，保持不变。为保证直流配电网正常供电，就应通过ＶＳＣ控制保持在设定值ｒｅｆ左右，使ＵＰＣ参考电流中应包含相应的电容充放电电流分量以调节电容电压。为此，采用比例积分（ＰＩ）控制器对进行控制。当ｖｄ＜ｖｄｒｅｆ，控制ＶＳＣ并网电流中包含一组从交流电网侧获取的三相对称纯有功电流对电容充电；当＞ｒｅｆ，控制ＶＳＣ配合变压器和交流负荷将直流侧多余能量注入交流电网。Ｐｕ与之间满足的计算式为△ｌ一：Ｋｐ＋ＫｉＩＡＶｄｄｔ…△【＝一’ｏ式中，、分别为电压外环中ＰＩ控制器的比例增益和积分增益。２．３ＶＳＣ控制系统设计两相同步旋转坐标系（ｄ－ｑ）下ＶＳＣ有功功率Ｐ和无功功率Ｑ分别与其电流的ｇ轴分量和ｄ轴分量呈线性比例关系，通过调节和可独立控制ＶＳＣ的有功和无功功率，实现Ｐ和Ｑ的解耦控制。因此，本文在砌坐标系下将ＶＳＣ前三桥臂作为整体实现尸Ｑ解耦控制，ＶＳＣ采用电流内环和电压外环的双环控制方式。电压外环主要控制ＶＳＣ直流侧总电压保持在ｆ上；电流内环主要实现ＵＰＣ并网电流的快速跟踪，且内外环均采用ＰＩ调节器。因滤波电容Ｃ取值较小，分析ＶＳＣ工作状态时可忽略滤波电容电流对ＶＳＣ的影响，将ＬＣ近似等效为以简化分析『１引。基于砌同步旋转坐标下的ＶＳＣ前三桥臂方程为ＩＶｏｄ＝（ＬｆＰ＋量）＋Ｖ一ｏ－）Ｚｆｉｕｑ，ｎ、Ｉｖｏ日＝（Ｌｆ尸＋）＋＋ｏｇＬｆ一式中：Ｐ为微分算子；ｄ、ｑ轴方程间存在交叉项，相互耦合。为消除耦合关系，可采用前馈解耦控制策略ｕ，解耦后的控制方程为ｖ：（ＫｉＰ＋ＫｉＩ）（ｉ＊——ｄｉｏａ）＋ｙｐｄｃｏＬｒｉ￣ｑ（１０）＝（Ｋｉｌ）（ｉ＊ｑ一）＋＋式中：、ｖ１，、、ｉｕｑ分别表示ＰＣＣ点处电压Ｖｐ、ＶＳＣ交流侧输出电压Ｖｏ和ＵＰＣ并网电流ｉ的ｄ轴和ｑ轴分量；Ｉ、Ｋｉｖ为电流内环比例调节增益和积分调节增益。相比前三桥臂，ＶＳＣ第四桥臂通过简单的控制就能产生相应的补偿电流。图４为采用ＰＷＭ控制的ＶＳＣ控制框图，图中没有体现电压外环是因ｌｕ的算法中已经包含了电压外环，中含有调节保持在ｆ＿＿Ｅ的电流分量。图４ＶＳＣ控制系统框图Ｆｉｇ．４ＶＳＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ３ＵＰＣ中ＶＢＣ系统控制与分析３．１ＶＢＣ基本控制原理基于恒定电流脉冲的触发模式控Ｎ（Ｂｕｒｓｔｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏ１）的ＶＢＣ中功率开关】、并不是一直处于工作状态，而是仅在两极直流电压不满足设定值时才会工作，电感电流ｉＬ将随着开关状态的改变间歇性存在，可有效减少开关次数及损耗，提高效率。根据触发模式控制要求，ＶＢＣ需分别设置电压上限、下限。和允许上限Ｖｕｐｐｅｒ－ａｌｌｗｎ、下限。。ｒ＿ａＩｌ。Ｗｎ以约束直流侧两极电压的运行区间。其基本控制原理为当１大于２时，电容Ｃ１两端电压１增加，同时电容Ｃ２两端电压。２减小，但因ＶＳＣ的控制而保持不变。此时，开关ｓ导通，电感电流ｆＩＪ逐渐增大，当２电压升高至。ｒ＿ａｌｌ。ｗｎ值时，Ｓ１断开，电流由二极管Ｄ】续流，通过电感】将多余能量从上电容传递到下电容。同理，当小于２时，减小，。２增大，保持不变。此时，开关Ｓ２导通，电感电流ｉＬ２逐渐增大，当１电压降低至ｌｌ。ｗｎ值时，Ｓ２断开，电流由二极管Ｄ２续流，过电感２将多余能量从下电容传递到上电容，达到平衡电压的目的，其四个过程分别如图５中ａ、ｂ、Ｃ、ｄ所示。由图５知，ｐｅｒ－ａｌｌ。ｗｎ、。。１１。ｗｎ、、。。的大小影响直流两极电压的稳态偏差和ＶＢＣ开关占空比，进而影响系统损耗。因此，应综合考虑，设置合理的电压允许上下限。在满足运行要求而直流负荷或ＤＧ分布不平衡时，通过电感１或２的电流ｉＩ只有达到一定值时，才能快速实现上下电容之间的能量传递，实现‘两极电压平衡。因此，电感电流参考值ｌＬｆ的设定电力系统保护与控制图５ＶＢＣ电流脉冲触发模式控制原理图Ｆｉｇ．５ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＶＢＣｃｕｒｒｅｎｔｐｕｌｓｅｂｕｒｓｔｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ必须满足相应条件。以Ｒ＞尺：为例，若无电压平衡控制时，则有。１＞Ｖｒ。ｆ＞。２，。ｆ＝１／２。为使两极直流电压平衡，ｉＬ必须满足（＋Ｖｄｃｌ／Ｒ１）ｘＲ２＞ｆ。若（ｉＬ＋ｐｐｅ１１。。ｄ１）ｘＲ２＝ＶＩｏｅｍａ１１ｏｗｅｄ时，ＶＢＣ功率开关一直导通，ｉＬ始终存在；若ｉＬ进一步满足（ｉＬ＋ｐ，ｕｐｐｅｒ＿ａｌｌ０ｗｅｄ／Ｒ１）ｘＲ２＞ＶＩｏｗｅ盯－ａ１１０ｗｅｄ，则ｉＬ间歇性存在，能减少开关次数及ＶＢＣ工作损耗，提高运行效率。极限情况下，如当开路时，ＶＢＣ所能可靠供电的负荷ｚ应大于。ｆ／ｆ。３．２ＶＢＣ数学模型如图１中ＶＢＣ的拓扑结构，并根据功率开关的状态列写系统方程。当Ｓ导通时，厶…、Ｃ２一ｄＶｄｃ２—：＋Ｃ—＋二一ｊｄ（Ｖｄ－Ｖｄｏｚ）ｄｔｄｔＲＲ，当Ｓ１关断时，厶粤一ｆ１２１ＣｄＶｄ￣２＋ｃｒ－＋一一对上式进一步分析可得到电感电流ｌ和占空比ｄ之间的传递函数为Ｇ（詈ｌＬｌ２ＣＲ１Ｒ２ｓ＋Ｒ，＋１￣（１３）同理，ｉＬ２与占空比ｄ２之间的传递函数为Ｇ２（）：立：三±ｄ２２Ｌ２ＣＲｌＲ２Ｓ＋Ｌ２（】＋Ｒ２）＋Ｒ１Ｒ２式中，Ｃ＝Ｃ１＝Ｃ２，因上与２取值相同，对比式（１３）和式（１４）可知，ＶＢＣ左右桥臂具有相同的传递函数。因此，结合恒定电流脉冲触发模式控制的ＶＢＣ整体控制框图如图６所示。图６ＶＢＣ控制系统框图Ｆｉｇ．６ＶＢＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍ４实验仿真分析为验证并网模式下ＵＰＣ运行的可行性，本文在ＰＳＩＭ仿真软件中搭建额定功率为７５ｋＷ的仿真实验系统，各仿真参数如表１所示，表中交流配电网中各相所并入的交流谐波电流源用以模拟相应的非线性负荷。文中假设交流配电网三相电压对称且仅含基波正序分量。表１仿真参数Ｔａｂｌｅ１Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒ仿真参数数值ｖｓｃ参数ｆａ＝Ｒｆｂ＝ｆｃ＝５ｍ【２Ｌｆａ＝Ｌｆｂ＝Ｌｆｃ＝４００ｎ８００｛Ｃ＝１０ｐＦｆ＝７６０Ｖ厶ｈ３５ＡＩａｈ５＝３Ａ交流谐波电流源，ｈｈ３＝２Ａ］ｂｈ５＝２Ａ，ｈｈ７＝１ＡＩｃｈ３５ＡＬｈ７＝１Ａ，ｃｈ】ｌ＝０．５Ａ开关频率４．１不考虑ＤＧ并网时仿真结果图７、图８分别为ＵＰＣ未并网补偿和并网补偿后，交流配电网中变压器三相电流及中性线电流波形，其电流有效值ＲＭｓ）、电流不平衡度（ＣＵＤ）、电张树东，等交直流混合配电型通用功率变换器（ｕＰｃ）研究５３流谐波率（ＴＨＤ）、功率因数（Ｐ等参数分析分别如表２（ａ）、表２（ｂ）所示。ｆａ）三相电流波形（ｂ）中性线电流波形图７ＵＰＣ未并网补偿时变压器电流波形Ｆｉｇ．７ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｗｉｔｈｏｕｔＵＰＣｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ａ）三相电流波形（ｂ）中性线电流波形图８ＵＰＣ并网补偿后变压器电流波形Ｆｉｇ．８ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｗｉｔｈＵＰＣｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ表２（ａ）、表２（ｂ）表明，ＵＰＣ能有效降低负荷不对称时变压器三相电流不平衡度，并对交流网进行无功补偿和谐波治理，使变压器获得单位功率因数。图９为ＵＰＣ并网运行时ＶＳＣ四个桥臂的电流波形，ＵＰＣ并网电流和变压器出口端电流共同形成了交流负荷电流，ＶＳＣ第四桥臂则为交流负荷零序电流提供了通道并阻止其流入变压器。图ｌ０为ＵＰＣ并网运行时直流侧总电压及正负极电压。１、Ｖａｃ２波形，：ｌ、。２稳态时存在误差及稳态误差大小均—由ｐｐｌｌ。ｗｎ、Ｖｊ。１１一大小设置所决定。图中ｖａｃ１、２与参考值的偏差仅为５．３％ｏ，能满足负荷用电要求。表２ＵＰＣ并网补偿前后变压器运行参数Ｔａｂｌｅ２ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅＵＰＣｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ａ）ＵＰＣ并网补偿前变压器运行参数警蔫＞专６０４０２００—２０—４０—６０（ａ）前三桥臂电流波形ｆ．；：熊…≯…＊爻嘉≥－：：：０．０８０１００．１２０１４ｔ／ｓ（ｂ）第四桥臂电流波形图９ＵＰＣ并网补偿电流波形Ｆｉｇ．９ＵＰＣｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍ（ａ）直流总电压波形（ｂ）两极直流电压波形图１０ＵＰＣ并网后直流网电压波形Ｆｉｇ．１０ＤＣｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍａｆｔｅｒＵＰＣｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｖ／Ｉｕ日ｊｕ《ａｏ丑ｊｕ誊ｇ吕《ｃ芒ｊＵ《＼董ｏ茸Ｕ《，ｌｇ丑ｕ．．５４．．电力系统保护与控制为验证ＵＰＣ在负荷扰动时的动态性能，在ｔ＝－Ｏ．２Ｓ时增大直流负荷，并在ｔ＝Ｏ．２４Ｓ进一步增大交流负荷，仿真结果如图ｌｌ所示。当直流负荷改变后，有尺１小于尺２，故直流负荷改变后。２大于。表３为负荷增大后，变压器ＣＵＤ、ＴＨＤ、等参数分析。表３表明，负荷扰动时，ＵＰＣ能有效地对系统电压和电流进行调节，并快速进入稳态运行。稳态后，变压器三相电流基本对称，且功率因数近似为１。直流配电网中：、。ｌ、２的稳态偏差最大不超过１．６％，能够满足电能质量要求。＞３８６３８４３８２３８０３７８３７６３７４ｔ／ｓ【ａ】变压器电流波形：…≮／ｎ＼■—一一／ｌＶ……一ｌ＼…Ｉ…０２ＯＯ＿２４０．２８ｓｆｂ１直流总电压波形ｆ／ｓ（ｃ）双极直流电压波形图１１负荷改变时仿真结果Ｆｉｇ．１１Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｌｏａｄｃｈａｎｇｅ表３负荷改变后变压器运行参数Ｔａｂｌｅ３Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｆｔｅｒｌｏａｄｃｈａｎｇｉｎｇ（ａ）直流负荷发生改变４．２考虑ＤＧ并网时仿真结果当混合配电网中含ＤＧ时，ｔ＝－０．２Ｓ时ＤＧ并网发电，并在ｔ＝０．２４Ｓ时，使ＤＧ发电功率进一步增大，其仿真结果如图ｌ２所示。相比图８，ＤＧ为直流网提供了部分有功功率，减少了直流网从交流网获取的功率，ＵＰＣ并网电流和变压器电流幅值都将减小，变压器各项参数分析如表４所示。因ＶＢＣ的控制，直流网中两极电压依然保持平衡。ＤＧ在ｔ＝－０．２４Ｓ发生扰动，尸Ｄ】增大４０％且ＰＤ２减小２０％，ＤＧ的总功率在扰动后增大，故变压器三相电流幅值有所减小。此时，ＵＰＣ也能快速调节系统中的电压和电流，使、。ｌ和。２快速达到稳态要求，并能有效地实现交流侧电能质量综合治理。１００５０ｌ０５０—１０００ｆａ１变压器电流波形：Ａ、。一Ｊ～』、——一０～：广＾＾￣、…．／＾，．厂０．１８０－２Ｏ０２２０．２４０．２６０２８０３２ｔ／Ｓｆｂ直流总电压波形ｆ／ｓ（ｃ１两极直流电压波形图１２ＤＧ并网时仿真结果Ｆｉｇ．１２Ｓｉｍｕｌ￣ｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈＤＧｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ表４ＤＧ并网后变压器运行参数Ｔａｂｌｅ４ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈＤＧｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ（ａ）ＤＧ并网后张树东，等交直流混合配电型通用功率变换器（ＵＰＣ）研究．５５．５结论该文所提出的ＵＰＣ结构在实现交流配电网中谐波、无功和三相负荷不平衡等问题综合治理的同时，还具有双极三线制直流供电和ＤＧ直流并网功能，避免了直流负荷或ＤＧ在两极之间分布不平衡所引起的两极电压偏差，确保直流网两极电压平衡。仿真结果表明，在混合配电网中负荷不对称、负荷发生扰动或ＤＧ发生扰动等多种情况下，ＵＰＣ都能有效进行交流网电能质量综合治理和直流网电压平衡控制，既能实现三相四线制低压交流配电网中变压器出口端三相电流对称且获得单位功率因数，又能进行可靠的直流供电和ＤＧ直流并网。参考文献［１］李春来，杨小库．太阳能与风能发电并网技术【Ｊ．北京：中国水利水电出版社，２０１１：１５８－１６４．［２］张新昌，周逢权．智能电网引领智能家居及能源消费—革新［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１４，４２（５）：５９６７．ＺＨＡＮＧＸｉｎｃｈａｎｇ，ＺＨＯＵＦｅｎｇｑｕａｎ．Ｓｍａｒｔｇｒｉｄｌｅａｄｓｔｈｅｊｏｕｍｅｙｔｏｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｓｍａｒｔｈｏｍｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（５）：５９－６７．［３］朱克平，江道灼，胡鹏飞．含电动汽车充电站的新型—直流配电网研究［Ｊ】．电网技术，２０１２，３６（１０）：３５４１．ＺＨＵＫｅｐｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｏｚｈｕｏ，ＨＵＰｅｎｇ￣ｉ．ＳｔｕｄｙｏｎａｎｅｗｔｙｐｅｏｆＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｃｈａｒｇｅｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３６（１０）：３５－４１．［４］雍静，徐欣，曾礼强，等．低压直流直流供电系统研究—综述［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１３，３３（７）：４２５２．ＹＯＮＧＪｉｎｇ，ＸＵＸｉｎ，ＺＥＮＧ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