蘭征涂春鳴肖凡葛俊熊誦輝

（國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）長沙410082）

電力電子變壓器對(duì)交直流混合微網(wǎng)功率控制的研究

蘭征涂春鳴肖凡葛俊熊誦輝

（國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）長沙410082）

針對(duì)應(yīng)用于交直流混合微網(wǎng)的電力電子變壓器（PET），分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。并網(wǎng)模式下，控制PET輸入接口使交直流混合微網(wǎng)等效為“阻性負(fù)載”或“電流源”，同時(shí)控制交流和直流輸出接口都等效為恒定的電壓源。對(duì)于離網(wǎng)模式，提出了混合功率下垂控制，能根據(jù)接口處頻率和電壓信息，結(jié)合混合微網(wǎng)下垂特性得到微網(wǎng)間需交換的功率。搭建了交直流微網(wǎng)系統(tǒng)和電力電子變壓器仿真模型，仿真結(jié)果表明，在分布式能源功率波動(dòng)情況下，PET能準(zhǔn)確快速地調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間功率的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了控制策略的可靠性。

電力電子變壓器交直流混合微網(wǎng)功率流動(dòng)控制混合功率下垂控制

0　引言

分布式能源（Distributed Energy Resources，DER）的入網(wǎng)需求推動(dòng)電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模間歇式DER接入的有效解決方案［1-3］。DER采用直流形式接入，可節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)，且不需進(jìn)行相位和頻率跟蹤，可控性和可靠性大大提高。直流是DER理想的接入形式，近年來直流微網(wǎng)逐漸得到了人們的重視［4-6］。然而，交流微網(wǎng)仍是現(xiàn)階段微網(wǎng)的主要形式，交流接入仍是DER并網(wǎng)的主要形式，故交直流共存的混合微網(wǎng)會(huì)是將來長期存在的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)［7，8］。

DER運(yùn)行受制于自然條件，發(fā)電具有間歇性，大量DER的接入會(huì)使網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生雙向功率流。公共聯(lián)結(jié)點(diǎn)（Point of Common Coupling，PCC）是配電網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者之間能量流動(dòng)的中轉(zhuǎn)站，PCC處的能量協(xié)調(diào)管理至關(guān)重要，而實(shí)現(xiàn)功率的準(zhǔn)確協(xié)調(diào)，需要一臺(tái)可靠的“能量路由器”。

電力電子變壓器（Power Electronic Transformer，PET）由高頻變壓器和電力電子變換電路組成，由于具備高低壓交流接口和直流接口，具有變壓、隔離和能量傳輸功能，可以成為“能量路由器”［9］，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCC處的能量協(xié)調(diào)管理。目前，對(duì)電力電子變壓器的控制方法研究僅在于其基本控制，未涉及和微網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行［9-11］，微網(wǎng)下垂控制方法也只考慮交流或直流一側(cè)的電壓信號(hào)，未同時(shí)考慮到兩側(cè)信號(hào)對(duì)交直流微網(wǎng)工作狀況的影響［12］。文獻(xiàn)［13，14］提出了兩種近似的電力電子變換器的雙向下垂控制方法，但控制環(huán)節(jié)冗余，降低了系統(tǒng)的可靠性。

本文主要研究了電力電子變壓器在交直流混合微網(wǎng)中的應(yīng)用及混合微網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種模式下的運(yùn)行策略。并網(wǎng)模式下控制PET主網(wǎng)接口處電流與電壓同相位，而交直流輸出接口則都控制為恒定的電壓源。對(duì)于離網(wǎng)模式，提出混合功率下垂（hybrid droop）控制，能根據(jù)交直流微網(wǎng)接口處的頻率和電壓信息，結(jié)合交直流微網(wǎng)的下垂特性，得到交直流微網(wǎng)間需交換的功率。提出的控制策略能準(zhǔn)確控制PET接口間功率的雙向流動(dòng)，調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間的功率分配，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1　PET及交直流混合微網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.1 PET結(jié)構(gòu)

PET主電路基于三級(jí)結(jié)構(gòu)，分別為輸入級(jí)、隔離變換級(jí)和輸出級(jí)，如圖1所示。輸入級(jí)采用級(jí)聯(lián)H橋多電平（Cascade H-bridge Multi-level，CHM）拓?fù)?，每相由?shù)量為n的H橋鏈節(jié)模塊（H-bridge Module，HM）級(jí)聯(lián)組成，三相Y聯(lián)結(jié)，將高壓工頻交流轉(zhuǎn)換為數(shù)量為3n的懸浮直流，級(jí)聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)使得輸入級(jí)功率器件能以較小的電壓應(yīng)力和開關(guān)頻率應(yīng)用于高壓大功率。隔離變換級(jí)采用雙主動(dòng)橋（Dual Active Bridge，DAB）拓?fù)?，控制能量雙向流動(dòng)。DAB總數(shù)量為3n，前級(jí)分別與HM的直流電容相連，后級(jí)并聯(lián)組成直流母線。輸出級(jí)采用電壓源型四橋臂逆變（4-leg Voltage Source Inverter，VSI）拓?fù)?，采用LC輸出濾波器，連接直流母線，將直流逆變成三相交流輸出。

圖1　PET拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 Topology of the PET

1.2交直流混合微網(wǎng)結(jié)構(gòu)

基于電力電子變壓器的典型交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示，主網(wǎng)為10 kV配網(wǎng)，通過PET聯(lián)接形成直流微網(wǎng)和交流微網(wǎng)，直流微網(wǎng)中的DER主要通過DC-DC變換器并網(wǎng)，交流微網(wǎng)中DER主要通過DC-AC、AC-DC-AC等變換器并網(wǎng)。DER根據(jù)自身特性、接入成本和運(yùn)行效率等因素，選擇直流或交流接入。光伏和風(fēng)機(jī)等分布式能源既有直流接入方式，也有交流接入方式。蓄電池、超級(jí)電容和燃料電池等不受地理?xiàng)l件限制的分布式能源，選擇直流接入。

2　PET運(yùn)行模式

圖2　交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)Fig.2 System structure of hybrid AC-DCmicrogrid

由于DER輸出功率受天氣因素影響，不同時(shí)間段負(fù)荷功率也存在起伏，直流微網(wǎng)和交流微網(wǎng)中能量波動(dòng)頻繁。PET充當(dāng)“能量路由器”，能很好地協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)間能量流動(dòng)。為了滿足DER的功率輸出，實(shí)現(xiàn)功率的合理分配，保持混合系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)接口間能量的流動(dòng)必須是雙向的，并能根據(jù)接口處特征信號(hào)的變化進(jìn)行快速準(zhǔn)確的功率調(diào)節(jié)。根據(jù)PET是否并入主網(wǎng)，分為并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種工作模式。并網(wǎng)模式下，混合微網(wǎng)分為功率消耗和功率回饋兩種工作狀態(tài)。離網(wǎng)模式下，根據(jù)交直流微網(wǎng)間的負(fù)荷情況和功率流向分為4種工作狀態(tài)，PET運(yùn)行狀態(tài)劃分如表1所示。

表1　PET運(yùn)行狀態(tài)Tab.1 The operating state of PET

表1中，Phv表示主網(wǎng)接口處流動(dòng)的功率，流入PET為正向，流出PET為負(fù)向；Pac表示交流微網(wǎng)接口處流動(dòng)的功率；Pdc表示直流微網(wǎng)接口處流動(dòng)的功率，流入微網(wǎng)為正向，流出微網(wǎng)為負(fù)向。

PET協(xié)調(diào)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)間能量的流動(dòng)，三處接口能量都是雙向流動(dòng)的，如圖3所示。同一時(shí)刻，PET既可充當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量提供者，又可視為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，在網(wǎng)絡(luò)間按需傳輸能量。

圖3PET功率流動(dòng)圖Fig.3 The power flow of PET

2.1并網(wǎng)模式

并網(wǎng)模式下，交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)均與主網(wǎng)相連。從主網(wǎng)看，經(jīng)過PET的高電能質(zhì)量調(diào)制，整個(gè)交直流混合微網(wǎng)在功率消耗時(shí)相當(dāng)于一個(gè)阻性負(fù)載（狀態(tài)1），在功率回饋時(shí)相當(dāng)于電流源（狀態(tài)2）。工作于狀態(tài)1時(shí)，主電網(wǎng)能給交直流混合微網(wǎng)任何的功率不平衡提供緩沖。工作于狀態(tài)2時(shí)，在保證負(fù)荷消耗的情況下，由DER發(fā)出的盈余功率流向主網(wǎng)。該模式下，PET根據(jù)微網(wǎng)功率需求，控制主網(wǎng)提供或吸收能量，實(shí)現(xiàn)功率平衡調(diào)節(jié)，而交直流微網(wǎng)間不進(jìn)行能量交換。同時(shí)，PET支撐直流微網(wǎng)母線電壓、交流微網(wǎng)頻率和電壓，保證微網(wǎng)中的分布式能源輸出最大功率。

忽略PET的損耗，對(duì)于并網(wǎng)模式下的狀態(tài)1和狀態(tài)2，接口處流動(dòng)功率大小及各微網(wǎng)的功率組成如式（1）～式（3）所示。

2.2離網(wǎng)模式

離網(wǎng)模式下，交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)都與主網(wǎng)斷開連接，功率僅在交直流微網(wǎng)間雙向流動(dòng)。該模式下，運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，對(duì)PET控制的要求也更高。離網(wǎng)模式下所有負(fù)載的功率需求需由交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)中的DER提供，這就要求DER具備靈活的有功無功控制策略，PET具備快速的功率協(xié)調(diào)策略，從而減小微網(wǎng)的運(yùn)行波動(dòng)。PET根據(jù)交直流微網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和能量需求，判斷功率流動(dòng)方向和大小，維持交直流微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。為了使各DER合理分擔(dān)負(fù)荷，目前微網(wǎng)運(yùn)行策略為對(duì)各DER進(jìn)行分散的下垂控制，從而滿足直流微網(wǎng)內(nèi)部和交流微網(wǎng)內(nèi)部功率的合理分配。

根據(jù)交直流微網(wǎng)不同的運(yùn)行情況，將離網(wǎng)模式分為4種狀態(tài)。

狀態(tài)3：混合微網(wǎng)輕載運(yùn)行，交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)自治運(yùn)行，獨(dú)立管理各自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的負(fù)荷功率供應(yīng)。各自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的DER能調(diào)節(jié)功率滿足負(fù)載所需功率。PET不需傳輸功率，僅為交流微網(wǎng)提供無功調(diào)節(jié)功能。

狀態(tài)4：交流微網(wǎng)重載運(yùn)行，直流微網(wǎng)輕載運(yùn)行，交流微網(wǎng)中所有DER的輸出功率不足以承擔(dān)交流負(fù)荷，而此時(shí)直流微網(wǎng)中功率過剩。因此，交流微網(wǎng)差額的功率需由直流微網(wǎng)補(bǔ)充，PET傳輸直流微網(wǎng)能量至交流微網(wǎng)。

式中Pdc-ac為直流微網(wǎng)流向交流微網(wǎng)的功率大小。

狀態(tài)5：該狀態(tài)與狀態(tài)4類似，只是功率差額出現(xiàn)在直流微網(wǎng)，而功率盈余出現(xiàn)在交流微網(wǎng)，因此PET將交流DER的過剩功率傳輸至直流微網(wǎng)。

式中Pac-dc為直流微網(wǎng)流向交流微網(wǎng)的功率大小。

狀態(tài)6：混合微網(wǎng)重載運(yùn)行，該狀態(tài)下，無論是交流微網(wǎng)還是直流微網(wǎng)，負(fù)載功率需求均大于DER的最大輸出功率，即超載狀態(tài)。此時(shí)PET停止功率傳輸，且網(wǎng)絡(luò)中需要切除一定的非重要負(fù)荷，才能使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。

3　PET控制策略

PET根據(jù)各接口處特征信號(hào)的變化，控制各接口處的輸出波形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)的控制和接口間功率的流動(dòng)。特征信號(hào)包括主網(wǎng)電壓、直流微網(wǎng)母線電壓、交流微網(wǎng)電壓及頻率。由于在不同工作模式下，PET充當(dāng)不同的角色，實(shí)現(xiàn)不同的功能，故控制策略分為并網(wǎng)模式下的控制策略和離網(wǎng)模式下的控制策略。

3.1并網(wǎng)模式控制策略

并網(wǎng)模式下，PET提供微網(wǎng)全部的功率缺口或吸收微網(wǎng)全部的功率盈余，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流微網(wǎng)頻率和直流微網(wǎng)母線電壓的支撐。該工作模式下，在PET控制主網(wǎng)輸入接口處電流與電壓同相位，使交直流混合微網(wǎng)看起來為“阻性負(fù)載”或“電流源”。而在輸出接口處，PET控制交流微網(wǎng)接口處電壓在額定功率范圍內(nèi)恒壓恒頻，控制直流微網(wǎng)接口處電壓在額定功率范圍內(nèi)恒壓，使PET看起來為恒定的電壓源。主網(wǎng)與交直流混合微網(wǎng)功率交換通過電容完成，功率的交換會(huì)引起級(jí)聯(lián)H橋電容CH和直流母線電容CL電壓波動(dòng)，故通過控制電容電壓的恒定，則間接控制了主網(wǎng)輸入或吸收的功率。

級(jí)聯(lián)H橋電容電壓的恒定控制由輸入級(jí)完成，輸入級(jí)三相控制對(duì)稱，某相控制策略如圖4所示，鎖相環(huán)節(jié)輸出的相位信號(hào)用于提供電壓矢量定向控制和觸發(fā)生成所需的基準(zhǔn)相位。外環(huán)電壓控制根據(jù)所測量的電容電壓來穩(wěn)定全部電容的電壓之和。內(nèi)環(huán)電流控制器實(shí)現(xiàn)換流器交流側(cè)電流波形的直接控制，以快速跟蹤參考電流。

圖4　輸入級(jí)級(jí)聯(lián)H橋控制框圖Fig.4 Control block diagram of cascaded H bridge in input stage

直流母線電容CL電壓的恒定控制由中間隔離級(jí)DAB完成，控制策略如圖5所示，根據(jù)直流母線電容電壓偏差值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)DAB一、二次側(cè)移向角φ，控制功率流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)母線電容電壓的恒定。

圖5　中間隔離級(jí)DAB控制框圖Fig.5 Control block diagram of DAB in middle stage

3.2離網(wǎng)模式下的控制策略

不同于并網(wǎng)模式，離網(wǎng)模式下PET需控制交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)的功率交換，由于缺少了主網(wǎng)對(duì)功率的支撐，功率協(xié)調(diào)尤為重要，故網(wǎng)絡(luò)間快速準(zhǔn)確的功率傳輸是PET控制的核心。由于PET無法通過主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流微網(wǎng)頻率的支撐，交流微網(wǎng)中PET和DER有功功率的輸出基于ω-P下垂特性，當(dāng)頻率下降時(shí)，增加有功輸出，反之減小，如圖6a所示。同樣，無功功率輸出根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的母線電壓判斷，PET和DER根據(jù)各自V-Q下垂曲線輸出相應(yīng)的無功，如圖6b所示。

圖6　交流微網(wǎng)下垂特性圖Fig.6 Droop characteristics of ACmicgrid

ω-P和V-Q特性的數(shù)學(xué)描述如式（17）～式（20）。

而在直流微網(wǎng)中，PET同樣無法通過主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線電壓的支撐，PET和DER功率的輸出根據(jù)直流母線電壓判斷，根據(jù)各自的Vdc-P下垂特性輸出相應(yīng)的功率，如圖7所示，數(shù)學(xué)描述為

圖7　直流微網(wǎng)下垂特性圖Fig.7 Droop characteristics of DCmicgrid

如第2節(jié)所述，PET根據(jù)接口處的特征信號(hào)（交流接口頻率和直流接口電壓）判斷交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)的工作狀態(tài)。針對(duì)功率協(xié)調(diào)，提出混合功率下垂控制，功率傳輸大小由交直流微網(wǎng)狀態(tài)共同決定。

PET中直流母線電容CL儲(chǔ)存的能量Wdc為

忽略PET內(nèi)部的開關(guān)損耗，動(dòng)態(tài)過程中直流母線電容CL能量的波動(dòng)值是交流接口和直流接口功率傳輸?shù)牟钪?。因?/p>

另一方面，考慮到交流微網(wǎng)的ω-P下垂特性

式中kω為下垂系數(shù)。

根據(jù)式（24）和式（25），假設(shè)一個(gè)采樣周期Ts內(nèi)交流微網(wǎng)頻率不變，用前向歐拉逼近法，則可得到本文提出的混合功率下垂數(shù)學(xué)表達(dá)式為

由于PET傳輸?shù)墓β视绊懡涣魑⒕W(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)，同時(shí)影響直流微網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，所以混合功率下垂調(diào)節(jié)得到的交流頻率參考值ωref和直流母線電壓參考值反饋至接口的V-P和ω-P下垂控制器，得到交直dc流微網(wǎng)間傳輸?shù)挠泄β蕝⒖贾礟ref，如圖8所示。

圖8　混合功率下垂控制框圖Fig.8 Control block diagram of Hybrid power droop

數(shù)學(xué)描述為

聯(lián)合式（28）～式（30）得到

交直流微網(wǎng)間傳輸?shù)挠泄β蕝⒖贾礟ref通過控制VSI實(shí)現(xiàn)，控制框圖如圖9所示。有功功率通過閉環(huán)控制，得到VSI交流接口輸出的有功電流參考指令，而VSI交流接口需輸出的無功分量指令通過無功功率閉環(huán)控制得到，無功功率參考值Qref根據(jù)式（18）描述的V-Q下垂特性得到。再通過電流的閉環(huán)解耦控制，得到VSI的PWM調(diào)制信號(hào)，控制VSI輸出。

圖9　離網(wǎng)模式VSI控制框圖Fig.9 Control block diagram of VSI in islanded mode

3　仿真分析

為驗(yàn)證所提運(yùn)行策略及混合功率下垂控制的有效性，建立了混合微網(wǎng)和PET的PSCAD/EMTDC仿真模型，分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種模式下PET對(duì)網(wǎng)絡(luò)間功率協(xié)調(diào)的控制性能，仿真的部分參數(shù)如表2所示。

表2　仿真參數(shù)Tab.2 Simulation parameters

4.1并網(wǎng)模式仿真

PET工作于并網(wǎng)模式時(shí)，交直流微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)如表3所示。交流負(fù)荷和直流負(fù)荷均為150 kW，交流微網(wǎng)中DER在0.2～0.5 s輸出功率為100 kW，在0.5 s時(shí)為200 kW，并保持到1.5 s；而直流微網(wǎng)中DER在0.2～1.0 s時(shí)輸出功率為50 kW，1.0 s時(shí)為200 kW。

1）在0.2～0.5 s時(shí)，交流微網(wǎng)中，交流DER輸出功率100 kW，故PET交流接口還需輸出功率50 kW；直流微網(wǎng)中，直流DER輸出功率50 kW，故直流接口還需輸出功率100 kW；交直流微網(wǎng)合計(jì)的150 kW功率缺額由輸入接口從主網(wǎng)吸收。

2）在0.5～1.0 s時(shí)，交流微網(wǎng)中，交流DER輸出功率200 kW，故PET交流接口吸收盈余功率50 kW；直流微網(wǎng)中，直流DER輸出功率50 kW，故直流接口還需輸出功率100 kW；交直流微網(wǎng)合計(jì)的50 kW功率缺額由輸入接口從主網(wǎng)吸收。

表3　并網(wǎng)時(shí)各單元功率變化表Tab.3 Power of eachmodule in grid-connected mode（單位：kW）

3）在1.0～1.5 s時(shí)，交流微網(wǎng)中，交流DER輸出功率200 kW，故PET交流接口吸收盈余功率50 kW；直流微網(wǎng)中，直流DER輸出功率200 kW，故直流接口吸收盈余功率50 kW；交直流微網(wǎng)合計(jì)的100 kW功率盈余由輸入接口回饋至主網(wǎng)。

整個(gè)仿真過程中各單元功率曲線如圖10所示，從仿真波形可以看出，并網(wǎng)模式下，在DER功率波動(dòng)時(shí)，PET能很好地完成各接口處功率轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間的功率分配。

圖10　并網(wǎng)模式功率曲線Fig.10 Power curve in grid-connected mode

4.2離網(wǎng)模式仿真

PET工作于離網(wǎng)模式時(shí)，交直流微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)如表4所示，交流負(fù)荷和直流負(fù)荷均為150 kW，交流微網(wǎng)中DER在0.2～0.5 s輸出功率為150 kW，在0.5 s時(shí)變?yōu)?50 kW，并保持到1.0 s，1.5 s時(shí)變?yōu)?0 kW；而直流微網(wǎng)中DER在0.2～0.5 s時(shí)輸出功率為150 kW，0.5 s時(shí)變?yōu)?0 kW，并保持到1.0 s，在1.5 s時(shí)變?yōu)?50 kW。

表4　離網(wǎng)時(shí)各單元功率變化表Tab.4 power of each module in islanded mode（單位：kW）

1）在0.2～0.5 s時(shí)，交流微網(wǎng)中，交流DER輸出功率150 kW；直流微網(wǎng)中，直流DER輸出功率150 kW。故交直流微網(wǎng)都能維持自治運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)間無需交換功率。

2）在0.5～1.0 s時(shí)，直流微網(wǎng)中，直流DER輸出功率50 kW，缺額功率100 kW，故需交流微網(wǎng)提供功率，PET交流接口吸收交流微網(wǎng)盈余功率100 kW，交流DER根據(jù)網(wǎng)絡(luò)頻率變化輸出匹配的功率。

3）在1.0～1.5 s時(shí)，交流微網(wǎng)中，交流DER輸出功率50 kW，缺額功率100 kW，故需直流微網(wǎng)提供功率，PET直流接口吸收直流微網(wǎng)盈余功率100 kW，直流DER根據(jù)母線電壓變化輸出匹配的功率。

整個(gè)動(dòng)態(tài)過程中各單元功率曲線如圖11所示，可以看出，離網(wǎng)模式下DER功率波動(dòng)時(shí)，PET能快速準(zhǔn)確的控制交直流微網(wǎng)間傳輸?shù)墓β剩瑢?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間能量的雙向流動(dòng)。

圖11　離網(wǎng)模式功率曲線Fig.11 Power curve in islanded mode

3　結(jié)論

本文針對(duì)應(yīng)用于交直流混合微網(wǎng)的電力電子變壓器，分析了并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的運(yùn)行策略。并網(wǎng)模式下，控制輸入接口PET，使交直流混合微網(wǎng)看起來為“阻性負(fù)載”或“電流源”；而在輸出接口處，使PET看起來為恒定的電壓源。對(duì)離網(wǎng)模式提出混合功率下垂控制，協(xié)調(diào)交直流微網(wǎng)間功率，準(zhǔn)確快速地控制功率流動(dòng)。搭建了仿真分析模型，仿真結(jié)果表明在微網(wǎng)分布式能源功率波動(dòng)情況下，PET能準(zhǔn)確快速的調(diào)節(jié)主網(wǎng)、交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)三者間功率的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，證明了本文所提控制策略的可靠性。

本文僅對(duì)DER功率變化的情況進(jìn)行了仿真，對(duì)動(dòng)態(tài)過程中交流微網(wǎng)頻率和直流微網(wǎng)母線電壓變化未進(jìn)行深入分析，也未對(duì)DER離并網(wǎng)時(shí)PET和微網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，這是今后研究工作需解決的問題。

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The Power Control of Power Electronic Transformer in Hybrid AC-DC M icrogrid

Lan Zheng Tu Chunming Xiao Fan Ge Jun Xiong Songhui
（National Electric Power Conversion Control Engineering Technology Research Center Hunan University Changsha 410082 China）

The power electronic transformer（PET），which is applied in a hybrid AC-DC microgrid，is analyzed including grid-connected mode and islanded mode.Appropriate power control strategies are designed accordingly.In grid-connected mode，by controlling the input of PET，the hybrid AC-DCmicrogrid is equivalent to the resistive load or the current source，and the AC and DC output of PET is equivalent to the voltage sources.In islanded mode，a hybrid power droop control method is presented.The required exchange power between the AC and DCmicrogrid can be obtained with the frequency and voltage at the interface considering the droop features of hybrid AC-DCmicrogrid.The simulationmodel of AC-DCmicrogrid and PET are built to analyze the power fluctuations of the distributed energy in microgrid.The results show that the power flow can be coordinated by PET amongmain grid，ACmicrogrid，and DCmicrogrid with the proposed control strategy.The stability of AC-DCmicrogrid has been ensured and thus the validity of the suggested method has been proved.

Power electronic transformer，hybrid AC-DCmicrogrid，power flow control，hybrid droop control

TM76

蘭征男，1985年生，博士研究生，研究方向?yàn)榉植际桨l(fā)電及配網(wǎng)電力電子技術(shù)。（通信作者）

涂春鳴男，1976年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量與控制、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等。

國家自然科學(xué)基金（51577055）資助項(xiàng)目。

2015-05-31改稿日期2015-08-29