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储能系统技术 储能系统 微电网 ★ 5.0

互联变换器控制在混合微电网中改善电能质量的研究

Control of Interlinking Converter for Power Quality Improvement in Hybrid Microgrid

作者 Shalvi Tyagi · Bhim Singh · Souvik Das
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年7月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 微电网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 交直流混合微电网 可再生能源 运行模式 最大功率点算法 自适应滤波器
语言:

中文摘要

本文研究了包含光伏阵列(PV)、电池储能(ES)、小型水力发电机(SH)和风力发电系统(WECS)的交直流混合微电网(MG)的控制问题。风力发电系统通过静态电力电子开关(SPES)连接。由于基于交流和直流的可再生能源(RESs)及负载技术的发展,交直流混合微电网的概念应运而生。交流母线和直流母线通过互联变换器(ILC)相连,以实现功率的双向交换。根据发电和用电需求,交直流混合微电网形成了四种运行模式,可实现交流母线和直流母线的独立运行。这些模式的形成旨在最大限度地提高各母线处可再生能源的利用率。采用最大功率点算法从风力发电系统和太阳能光伏阵列中提取最大功率。此外,采用滤波 - x仿射投影Versoria(FxAPV)自适应滤波器提取负载电流的有功和无功分量,使双馈感应发电机(DFIG)和水轮发电机的定子电流不含谐波。交流母线的系统电压和频率通过互联变换器进行控制,而双向直流 - 直流变换器(BDDC)则调节直流侧的电压。该系统的性能在硬件原型上得到了验证。

English Abstract

This article deals with control of a hybrid ac/dc microgrid (MG) comprising photovoltaic array (PV), battery energy storage (ES), small hydroelectric (SH) generator, and wind energy conversion system (WECS). WECS is connected via static power electronic switch (SPES). The notion of ac/dc MG has emerged due to progress in both ac- and dc-based renewable energy sources (RESs) and loads. Ac and dc buses are adjoined using an interlinking converter (ILC) for bidirectional exchange of power. Depending upon generation and demand, four operating modes of hybrid ac/dc MG are formed, which allow independent operation at both ac and dc bus. Modes are formed to maximize utilization of RESs at their respective buses. Maximum power point algorithms are used to extract maximum power from WECS and solar PV array. Moreover, a filtered-x affine projection Versoria (FxAPV) adaptive filter is employed to extract active and reactive parts of load currents so that stator currents of doubly fed induction generator (DFIG) and hydrogenerator are harmonics free. System voltage and frequency of ac bus are controlled using ILC, whereas bidirectional dc–dc converter (BDDC) regulates voltage on dc side. Performance of system is verified on a hardware prototype.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文所提出的交直流混合微网互联变流器控制技术具有重要的战略价值。论文核心聚焦于通过互联变流器(ILC)实现交直流母线的双向功率交换,这与我司在光储一体化解决方案中的技术路线高度契合。

该技术的核心价值体现在三个层面:首先,针对光伏、储能、风电、水电等多种分布式能源的协调控制策略,为我司多能互补微网系统提供了理论支撑。论文提出的四种运行模式设计思路,可直接应用于我司PowerStack储能系统与光伏逆变器的协同控制优化。其次,采用FxAPV自适应滤波算法提取负载电流的有功和无功分量,实现发电机定子电流的谐波抑制,这对提升我司逆变器的电能质量控制能力具有借鉴意义,尤其在弱电网并网场景下价值显著。第三,通过ILC控制交流侧电压频率、双向DC-DC变换器稳定直流侧电压的分层控制架构,与我司现有产品的控制逻辑存在技术协同空间。

从技术成熟度评估,该方案已完成硬件原型验证,但工业化应用仍需关注几个挑战:多时间尺度下的能量管理策略优化、极端工况下的系统稳定性、以及不同厂家设备的互操作性问题。对阳光电源而言,这项技术可作为下一代智慧能源管理系统的关键模块,特别是在工商业微网、海岛独立供电等场景中具有显著的市场潜力。建议重点关注其自适应滤波算法在高比例新能源接入下的鲁棒性验证,并结合我司iSolarCloud平台进行系统级优化集成。