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一种带分布式储能的直流互联变换器用于直流微网中的有功功率分配
A Partially Rated Interlinking Converter With Distributed Energy Storage for Active Power Sharing in DC Microgrids
| 作者 | Hanwen Zhang · Haoyuan Yu · Pingyang Sun · Xiangchen Zhu · Qi Zhang · Yanbo Wang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 部分额定多端口互联变换器 直流微电网 储能单元 功率流控制策略 可再生能源波动 |
语言:
中文摘要
部分额定直流互联变换器以其高增益功率调节能力而闻名,这种能力能够有效地在直流微电网(DCMG)之间协同调节有功功率。为解决直流微电网中可再生能源的间歇性问题,将储能单元(ESU)集成到这些变换器中已成为一项更高的要求。本文提出了一种集成分布式储能单元的部分额定多端口互联变换器(PMIC)。该部分额定多端口互联变换器可控制直流线路上的浮动电压和双向并联电流,确保储能单元在低直流母线电压下运行时实现完全电气隔离。它能够调节多向功率流,并在用电高峰和低谷时段实现功率平衡。本文为部分额定多端口互联变换器提出了一种基于分散下垂控制的功率流控制策略,该策略可按比例分配系统中的可再生能源发电、负载消耗和储能单元的使用。该控制策略包含两个定制的连续可微激活函数,即Sigmoid函数和双曲正切函数,以实现自主全局功率共享和储能单元的无缝接入。仿真和实验案例研究证实,部分额定多端口互联变换器能够平滑可再生能源的波动,并改善直流微电网的功率和电压特性。
English Abstract
Partially rated dc interlinking converters are recognized for their high-gain power regulation capabilities, which effectively synergize active power across dc microgrids (DCMGs). Integrating energy storage units (ESUs) to address the intermittent nature of renewables in DCMGs has become an enhanced requirement for these converters. This article proposes a partially rated multiport interlinking converter (PMIC) that incorporates a distributed ESU. The PMIC controls a floating voltage and a bidirectional shunt current on the dc line, ensuring full galvanic isolation for the ESU while operating at a low dc-link voltage. It regulates multidirectional power flow and balances power during peak and off-peak periods. A decentralized droop-based power flow control strategy is proposed for the PMIC, which distributes renewable energy generation, load consumption, and ESU utilization proportionally across the system. The control strategy includes two tailored continuously differentiable activation functions, Sigmoid and hyperbolic tangent, to facilitate autonomous global power-sharing and seamless ESU engagement. Simulation and experimental case studies confirm the PMIC's capability to smooth renewable energy fluctuations and enhance the power and voltage profiles of DCMGs.
S
SunView 深度解读
从阳光电源直流微网和储能系统业务角度来看,这篇论文提出的部分容量多端口互联变换器(PMIC)技术具有显著的战略价值。该技术通过低容量变换器实现高增益功率调节,有效解决了直流微网中多子网间功率协同和储能集成的核心难题,与我司在分布式光伏并网、储能系统集成方面的技术路线高度契合。
技术价值方面,PMIC的部分容量设计理念可显著降低互联变换器的成本和体积,这对于我司推广经济型微网解决方案具有重要意义。其分散式下垂控制策略采用Sigmoid和双曲正切激活函数实现自主功率分配和储能无缝接入,这种去中心化控制思想与阳光电源PowerTitan系列储能系统的分布式架构理念一致,可为我司下一代智能微网控制器提供算法优化方向。论文强调的全电气隔离和低直流母线电压运行特性,也符合我司对系统安全性和模块化设计的一贯要求。
应用前景上,该技术特别适合工商业园区、海岛微网等多光伏子系统互联场景,能够平抑新能源波动、实现削峰填谷,直接提升我司iSolarCloud智慧能源管理平台的价值。技术挑战主要集中在多端口变换器的拓扑优化、高频磁集成设计以及与现有产品系列的兼容性验证。建议我司中央研究院跟踪此类部分容量变换技术,评估其在1500V直流系统和液冷储能产品中的应用潜力,抢占下一代直流微网互联技术的制高点。