← 返回
一种用于中压孤岛微电网的零谐波失真构网型变换器
A Zero Harmonic Distortion Grid-Forming Converter for Medium Voltage Islanded Microgrids
| 作者 | Gabriel V. Ramos · Dener A. de L. Brandao · Thiago M. Parreiras · Sidelmo M. Silva · Braz J. Cardoso Filho |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 孤岛微电网 电网形成换流器 零谐波失真换流器 谐波消除 正弦电压波形 |
语言:
中文摘要
在孤岛微电网中,形成电网的变流器面临电能质量问题,这是由干扰性负载以及多个电子接口系统可能引发的谐振问题导致的。此外,形成电网的变流器需要复杂的控制、滤波器或拓扑结构。鉴于零谐波失真变流器(ZHD)具有固有的正弦电压源特性,且无需会对成本、效率、尺寸产生负面影响并可能引发谐振条件的电容滤波元件,本研究提出将其用作形成电网的变流器。这些特性是通过三绕组变压器中的谐波抵消以及采用选择性谐波消除脉宽调制(SHE PWM)进行谐波消除来实现的。仿真、硬件在环和实验结果表明,即使存在非线性负载,ZHD 变流器也能为孤岛微电网设定电压和频率,输出符合 IEEE 519 谐波限制的正弦电压波形。
English Abstract
Grid-forming converters in islanded microgrids face power quality problems due to disturbing loads and possible resonance issues caused by multiple electronically interfaced systems. In addition, grid-forming converters require complex control, filters or topology structures. The present work proposes the application of the Zero Harmonic Distortion Converter (ZHD) as a grid-forming converter due to its inherently sinusoidal voltage source characteristic without the need for capacitive filtering elements that negatively impact costs, efficiency, size, and can originate resonance conditions. These features are achieved by the harmonic cancellation in a three-winding transformer along with harmonic elimination using the Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation (SHE PWM). Simulation, hardware-in-the-loop, and experimental results show the ZHD converter setting voltage and frequency to an islanded microgrid, delivering sinusoidal voltage waveforms respecting the IEEE 519 harmonic limits, even in the presence of nonlinear loads.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项零谐波畸变(ZHD)构网型变流器技术对我们在中压孤岛微电网领域的产品布局具有重要参考价值。该技术通过三绕组变压器的谐波抵消机制和选择性谐波消除脉宽调制(SHE PWM)技术,在无需传统电容滤波器的情况下实现本质正弦电压输出,这与我们在储能系统和微电网解决方案中追求的高功率质量目标高度契合。
技术价值层面,ZHD变流器的核心优势在于解决了构网型逆变器在孤岛模式下面临的两大痛点:非线性负载引起的电能质量问题和多变流器系统的谐振风险。对于阳光电源正在拓展的工商业储能和离网微电网市场,这项技术可显著提升系统在弱电网或孤岛场景下的电压稳定性,即使面对冲击性负载也能满足IEEE 519标准,这对矿山、海岛、数据中心等高可靠性应用场景极具吸引力。
从技术成熟度评估,该方案已完成仿真、硬件在环和实验验证,但三绕组变压器的定制化设计会增加系统复杂度和成本。对于阳光电源而言,关键挑战在于如何将该技术与现有的模块化多电平变流器(MMC)平台整合,以及如何在保持成本竞争力的前提下实现中压应用的规模化生产。
战略机遇方面,随着全球微电网市场年增长率超过15%,该技术可强化我们在构网型储能系统的差异化优势,特别是在新能源渗透率高、电网支撑能力弱的区域。建议将其纳入下一代中压储能变流器的预研计划,重点攻克变压器优化设计和成本控制两大方向。