一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置及方法，装置包括储能电容、电感、第一开关和第二开关，所述储能电容、电感和第一开关依次连接后并联在直流微电网的直流母线的一侧，第二开关并联在直流微电网的直流母线的另一侧。通过实时检测解决直流微电网直流母线上电压波动的发生，一旦系统不稳定，通过控制有源稳定装置向系统中注入相应的补偿电流，可以抑制直流母线上的1kHz至10kHz高次纹波。本发明专利技术与直接在直流母线上并联大容量电容相比，由于附加电容电压具有较宽的调节范围，而且对其电压纹波值没有严格限制，因此可以很大程度上减小储能电容的容量，从而减少了投入成本，有利于直流微电网规模的扩大与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置及方法
本专利技术属于微电网电能质量控制领域，更具体地，涉及一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置及方法。
技术介绍
微电网作为传统大电网的重要补充，在可再生能源发电、海岛等边远地区供电、提高供电可靠性等方面具有重要的意义，近年来我国出现了大量微电网示范工程。随着微电网研究的深入，微电网中的电能质量问题也得到了越来越多人的关注。传统的电力系统采用大功率、集中式发电，但是可再生能源发电具有资源分散的特点，更适合采用分散接入电网的方式，因此微电网中往往含有大量并网变换器。微电网中广泛应用的并网变换器使用高频开关器件和脉宽调制的方式，会产生大量的高次纹波；并且由于并网变换器中广泛使用的LCL滤波器自身存在谐振峰，也有可能威胁微电网系统的稳定性；更为重要的是，在微电网系统中，多个并网变换器连接到电网的同一公共连接点时，变换器与变换器之间、变换器与电网之间存在的谐波交互作用可能引发谐振，使系统出现过电压、过电流现象，威胁系统的安全稳定运行。近年来随着电源和负载组成的明显变化，直流微电网的研究与应用开始兴起。和交流微电网相比，直流微电网不需要对电网的电压和频率进行追踪，系统的可控性和可靠性大大提高，更加适合分布式电源与负荷的接入。由于直流微电网中没有无功功率的波动，因此直流母线电压是衡量直流微电网安全与稳定运行的唯一指标。目前，解决直流微电网系统稳定性问题的方法主要分两类：第一类方法从并网变换器的控制着手，通过改变并网变换器控制系统的参数，从根源上避免变换器与变换器之间、变换器与电网之间存在的谐波交互作用，减少谐振发生的可能性，但是这种方法需要先分析出整个微电网系统是否稳定以及稳定条件，一旦系统的规模较大，系统的稳定性问题将变得相当复杂，而且随着系统规模的改变，相应的稳定条件也将随之改变，因此该方法并不适用于大型直流微电网；第二类方法从微电网系统的外部着手，通过增加直流母线电容的方式，但这种电容容值和体积必然很大，不利于直流微电网的规模扩大与应用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置及方法，旨在解决现有直流微电网系统中为抑制高次纹波而增加母线电容，从而不利于直流微电网的规模扩大的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置，包括储能电容、电感、第一开关和第二开关，储能电容、电感和第一开关依次连接后并联在直流微电网的直流母线的一侧，第二开关并联在直流微电网的直流母线的另一侧，通过计算第一开关和第二开关的占空比，从而控制电流的稳定输出。优选地，有源稳定装置的输出特性可以等效为一个电容，用于补偿直流母线上的高次纹波。优选地，第一开关和第二开关的频率均为100kHz。优选地，第一开关和第二开关的材料为碳化硅或者氮化镓等新型半导体材料。本专利技术提的有源稳定装置是开关频率为100kHz的电能质量调节装置，可以实时检测解决直流微电网直流母线上电压波动的发生，一旦系统不稳定，通过控制有源稳定装置向系统中注入相应的补偿电流，可以抑制直流母线上的1kHz至10kHz高次纹波。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述装置的直流微电网高次纹波的有源稳定方法，包括以下步骤：S1、获取直流母线电压和储能电容电压；S2、基于直流母线电压与设定值之差，获取直流母线电压波动量Vr，并计算用于补偿直流母线电压波动的补偿电流指令值i*r；S3、对储能电容进行低通滤波得到储能电容电压平均值Vm，基于储能电容电压设定值V*m，使用PI调节得到附加电流指令值i*m；S4、对补偿电流指令值i*r和附加电流指令值i*m求和得到参考输出电流i*，判断储能电容的工作模式并计算第一开关、第二开关的占空比D1和D2，实现直流微电网高次纹波的稳定控制。优选地，直流母线电压波动的补偿电流指令值i*r的表达式为：其中，Ce为储能电容、电感、第一开关和第二开关的等效电容。优选地，判断储能电容的工作模式的方法具体为：设定电流从直流母线流入时为正；若参考输出电流i*大于0，则第二开关保持关断、控制第一开关通断，储能电容吸收能量；若参考输出电流i*小于0，则第一开关保持关断、控制第二开关通断，储能电容释放能量。进一步地，第一开关与第二开关的占空比D1和D2为：其中，fs为开关频率，Lm为中间LC环节的电感值，Vdc为直流母线电压，Vm为储能电容电压。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的直流微电网高次纹波的有源稳定装置通过“等效电容法”计算补偿电流，将直流母线上的能量波动转移到附加的储能电容中，与直接在直流母线上并联大容量电容相比，由于附加电容电压具有较宽的调节范围，而且对其电压纹波值没有严格限制，因此可以很大程度上减小储能电容的容量，从而减少了投入成本，有利于直流微电网规模的扩大与应用；2、本专利技术提供的直流微电网高次纹波的有源稳定装置所采用的开关频率为100kHz，控制带宽远高于传统的电力电子装置，可以用于输出1kHz至10kHz的补偿电流，从而对直流微电网中出现的1kHz～10kHz的高次纹波具有抑制作用；3、本专利技术提供的直流微电网高次纹波的有源稳定装置所采用的开关使用宽禁带半导体材料，开关损耗明显降低，装置的体积和重量明显减小，使用起来更加便利、灵活。附图说明图1是本专利技术提供的有源稳定装置在直流微电网中的示意图；图2是本专利技术提供的有源稳定装置主电路的结构示意图；图3是本专利技术提供的有源稳定装置的控制结构图；图4是本专利技术提供的直流微电网高次纹波的有源稳定方法的流程示意图；图5是本专利技术提供的有源稳定装置的第一开关、第二开关占空比计算环节的控制框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为有源稳定装置在直流微电网中的安装位置示意图，直流微电网中大量分布式电源通过并网变换器连接至直流母线，直流母线上连接双向变换器接入电网，有源稳定装置也连接在直流母线上，用于维持微电网系统的稳定。图2为本专利技术提供的有源稳定装置主电路结构示意图，包括储能电容、电感、第一开关和第二开关，储能电容、电感和第一开关依次连接后并联在直流微电网的直流母线的一侧，第二开关并联在直流微电网的直流母线的另一侧。有源稳定装置的输出特性可以等效为一个电容，用于补偿直流母线上的高次纹波图3为有源稳定装置的控制结构图，控制方法流程具体如图4所示：S1：有源稳定装置连接于直流微电网直流母线上，获取直流微电网直流母线电压、有源稳定装置储能电容电压；S2：基于直流母线电压实际值与设定值之差，获取直流母线电压波动量Vr，并计算出用于补偿直流母线电压波动的补偿电流指令值i*r；S3：对有源稳定装置储能电容电压进行低通滤波，得到其电容平均电压Vm，基于储能电容电压设定值V*m，使用PI调节得到附加电流指令i*m；S4：对补偿电流指令值i*r、附加电流指令值i*m求和，得到有源稳定装置的参考输出电流i*，判断有源稳定装置的工作模式并计算开关器件T1、T2的占空比D1和D2，控制有源稳定装置输出所需的补偿电流并维持储能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置，其特征在于，包括储能电容、电感、第一开关和第二开关，所述储能电容、电感和第一开关依次连接后并联在直流微电网的直流母线的一侧，第二开关并联在直流微电网的直流母线的另一侧，计算所述第一开关和第二开关的占空比，从而控制电流的稳定输出。

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网高次纹波的有源稳定装置，其特征在于，包括储能电容、电感、第一开关和第二开关，所述储能电容、电感和第一开关依次连接后并联在直流微电网的直流母线的一侧，第二开关并联在直流微电网的直流母线的另一侧，计算所述第一开关和第二开关的占空比，从而控制电流的稳定输出。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有源稳定装置的输出特性可以等效为一个电容，用于补偿直流母线上的高次纹波。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关的频率均为100kHz。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关的材料为碳化硅或者氮化镓。5.一种基于权利要求1至4所述的装置的直流微电网高次纹波的有源稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取直流母线电压和储能电容电压；S2、基于所述直流母线电压与设定值之差，获取直流母线电压波动量Vr，并计算用于补偿直流母线电压波动的补偿电流指令值i*r；S3、对储能电容进行低通滤波得到储能电容电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴珂，徐宏伟，潘非，张卫平，吴奇，何颖，
申请(专利权)人：华中科技大学，湖北追日电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42