多個(gè)能源路由器的協(xié)調(diào)控制方法

1、摘 要2Abstract3第一章 緒論41.1研究背景41.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀41.3能源路由器的應(yīng)用前景51.4本文的研究?jī)?nèi)容及缺陷6第二章 能源路由器與能源互聯(lián)網(wǎng)82.1未來(lái)能源配送管理系統(tǒng)（FREEDM）系統(tǒng)82.2能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)112.3能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的功能122.3.1能量控制122.3.2信息處理132.3.3 個(gè)性化能源使用132.3.4能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行142.4本章小結(jié)14第四章 能源路由器基礎(chǔ)-固態(tài)變壓器SST153.1建模軟件與PWM控制介紹163.2固態(tài)變壓器的輸入部分模型173.2.1輸入部分電路模型173.2.2仿真結(jié)果183.3固態(tài)變壓器隔離部分模型2

2、03.3.1隔離部分電路模型203.3.2仿真結(jié)果213.4固態(tài)變壓器器輸出部分模型243.4.1輸出部分電路模型243.4.2仿真結(jié)果253.5固態(tài)變壓器的整體仿真263.6本章小結(jié)26第五章 總結(jié)與展望27參考文獻(xiàn)27致謝27摘 要 隨著不可再生能源的儲(chǔ)量日益減少對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)形式造成很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)電網(wǎng)以非可再生能源為主來(lái)生產(chǎn)出電力，像以煤石油為基礎(chǔ)的火力發(fā)電，盡管也有著以風(fēng)能，太陽(yáng)能等可再生能源來(lái)發(fā)電的方式，但與前者的發(fā)電規(guī)模先比基本對(duì)緩解日益加重的能源危機(jī)起不了太大的作用。未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)顯著特征是可再生能源發(fā)電在未來(lái)電網(wǎng)是一個(gè)主要的因素。在本文中將對(duì)多個(gè)能源路由器的協(xié)調(diào)控制做出研究討論，

3、從而得出一種在未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中能源路由器的控制方法來(lái)使電源和負(fù)載達(dá)到最優(yōu)化匹配，以及使未來(lái)可再生能源更加充分利用，各個(gè)能源路由器之間的聯(lián)合工作更加協(xié)調(diào)。本文主要完成以下幾個(gè)工作：首先對(duì)能源路由器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與背景能源路由器的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，再介紹了一下能源互聯(lián)網(wǎng)與能源路由器，對(duì)能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用進(jìn)行了研究討論。再對(duì)能源路由器的基礎(chǔ)-固態(tài)變壓器的三個(gè)部分即固態(tài)變壓器的輸入部分，中間隔離部分和輸出部分的工作原理進(jìn)行了分析再利用PSIM軟件對(duì)固態(tài)變壓器的各個(gè)部分進(jìn)行仿真驗(yàn)證。最后研究了多個(gè)能源路由器之間的協(xié)調(diào)控制，即多個(gè)固態(tài)變壓器之間的能量傳輸與協(xié)調(diào)控制的問(wèn)題，也利用PSIM對(duì)其

4、進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：分布式電源；能源路由器；能源互聯(lián)網(wǎng)AbstractWith dwindling non-renewable energy reserves resulting in the existing grid in the form of a great challenge, the traditional grid-based non-renewable energy to produce electricity, like coal-oil-based thermal power generation, although also has wind energy, sol

5、ar and other renewable energy sources to generate electricity the way, but the former first-generation capacity than the base to alleviate the energy crisis is increasing not play much role. A remarkable feature of future grid renewable energy power grid in the future is a major factor. In this pape

6、r will be coordinated control of multiple energy routers make research and discussion to arrive at a kind of energy in the future energy control method of the Internet router to the power source and the load to optimize matching, and make the future of renewable energy more fully use of joint work o

7、f the various energy more coordination between the routers. In this paper, complete the following tasks: First, domestic and foreign research status and prospects of energy background energy router router analyzed, and then introduce a bit of energy and energy Internet router, the role of energy in

8、the energy in the Internet router were studied discussion. Then on the basis of energy router - input portion of the three portions, solid-solid transformer transformer, isolating the intermediate portion and the output portion of the working principle is analyzed PSIM software re-use part of each t

9、ransformer is solid simulation. The last study coordinated control of multiple energy routers, namely the issue of energy transmission and coordination between the plurality of solid state transformer control, but also the use of PSIM simulation was carried out.Keyword：Distributed renewable energy r

10、esource,Energy router,Energy Internet第一章 緒論1.1研究背景 近些年來(lái)，隨著地球可開(kāi)采能源的不斷枯竭，能源問(wèn)題日漸暴露，各個(gè)地方都出現(xiàn)了能源短缺問(wèn)題，而隨著這一問(wèn)題的出現(xiàn)人類的生活與發(fā)展也收到很大的影響。這就迫使我們必須增加可再生能源的消耗來(lái)滿足我們?nèi)找嬖黾拥哪茉葱枨蠛徒档筒豢稍偕茉吹氖褂?。我們使用的能源中最重要的就是電能，傳統(tǒng)的電能生產(chǎn)運(yùn)輸方式是大規(guī)模集中式發(fā)電以及集中的遠(yuǎn)距離高電壓高功率傳輸，其中消耗的能源基本是不可再生的能源。對(duì)于可再生能源在發(fā)電中的使用主要形式是分布式發(fā)電，主要形式有風(fēng)力發(fā)電水利發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電等形式。但這些可再生能源發(fā)電的出現(xiàn)

11、一定程度上減輕了對(duì)能源的需求并且具有傳統(tǒng)輸電方式不具有的優(yōu)勢(shì)，就是其傳輸電能的線路損耗較小且不需要建設(shè)大量的輸電線路奇跡相關(guān)設(shè)備，但另一方面也對(duì)現(xiàn)今的電網(wǎng)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)2。分布式發(fā)電較分散數(shù)量多但都以低發(fā)電功率為主分散在城市的各個(gè)地方，難以進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度，且分布式發(fā)電的電能在入網(wǎng)方面有一定的困難。大規(guī)模集中發(fā)電的電能質(zhì)量較高而分布式發(fā)電因?yàn)橐玫娇稍偕茉此噪娔苜|(zhì)量波動(dòng)較大。所以這其中就包含了大量的諧波，而這些諧波入網(wǎng)的話對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性有很大的影響且降低了電能的質(zhì)量3。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者研究員提出了一種整合大規(guī)模分布式發(fā)電大規(guī)模電能存儲(chǔ)元件的的能源互聯(lián)網(wǎng)，這能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)就是能源路由器。如

12、果把一個(gè)區(qū)域中的主干網(wǎng)分布式電源分布式儲(chǔ)能裝置以及用戶和能源路由器看成一個(gè)局域網(wǎng)的話，能源路由器是這個(gè)局域網(wǎng)的中心和基礎(chǔ)。能源路由器把局域網(wǎng)中的分布式電源、分布式儲(chǔ)能設(shè)備主干網(wǎng)和用戶連接起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理。而各個(gè)局域網(wǎng)之間的能源路由器連接起來(lái)形成能源互聯(lián)網(wǎng)。在這個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)中能源路由器來(lái)進(jìn)行能源的分派，讓合適的電能流向合適的用戶。并且能源路由器能夠記錄其中的數(shù)據(jù)信息來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)再來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化其自身的調(diào)控能力4。由于分布式電源的分散性處于這個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)中的用戶不僅僅是電能的消耗者了還有可能是電能的生產(chǎn)者對(duì)電網(wǎng)傳輸電能。1.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 對(duì)于接有了分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)，其中不同的分布式

13、電源甚至對(duì)于同一分布式電源不同時(shí)候有可能有多種不同的供電能力及供電電能質(zhì)量；而同時(shí)，在負(fù)荷側(cè)的各種等級(jí)的負(fù)載其對(duì)電能的電能水平及電能的質(zhì)量的要求也不一定都是相同的。因此要如何使電源和負(fù)載能夠相互滿足，所以去建造一種電源能夠和負(fù)載相互滿足的電力網(wǎng)控制調(diào)度中心是目前急需去完成的任務(wù)。對(duì)于能源路由器的原理和它的能源管理政策，則是為了走出上述所面臨的困境而發(fā)展起來(lái)的。能源路由器原理發(fā)覺(jué)及應(yīng)用是為了使電能和負(fù)荷能夠完美相互滿足的。分布式可再生電源一般都是建立在用戶側(cè)中心，主要是為了減少不可再生能源的使用和集中輸電時(shí)輸電線路上的能源損耗，同時(shí)也免去了為了建大量輸電線路及相關(guān)設(shè)備的費(fèi)用。文獻(xiàn)5中總結(jié)了電網(wǎng)運(yùn)

14、行方式的幾個(gè)主要因素，并且設(shè)計(jì)好了以后的電網(wǎng)運(yùn)行形勢(shì)。文獻(xiàn)6預(yù)示了微電網(wǎng)、分布式的電源、智能的配電網(wǎng)的發(fā)展方向，論述了分布式電源發(fā)電、區(qū)域小型電網(wǎng)以及智能配電網(wǎng)的原理。文獻(xiàn)7論述了在可再生的分布式發(fā)電系統(tǒng)中能源的匹配和合理分配利用，形成了從客戶層、區(qū)域?qū)雍碗娋W(wǎng)層組成的3層動(dòng)態(tài)MAS體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)8歸納了分布式的發(fā)電電網(wǎng)中電能的運(yùn)行及管理算法模糊控制算法，根據(jù)對(duì)發(fā)電單元輸出電能的預(yù)測(cè)和儲(chǔ)能單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)確定系統(tǒng)的運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行成本最低。文獻(xiàn)9提出以能源路由器當(dāng)做以能夠再生利用的能源發(fā)電對(duì)靈活的界面來(lái)訪問(wèn)時(shí)，積極布局網(wǎng)絡(luò)，而且利用多端口原理來(lái)當(dāng)做主動(dòng)配電網(wǎng)中的能源路由器管理能流的核心

15、技術(shù)，來(lái)使每個(gè)被運(yùn)行的區(qū)域中協(xié)調(diào)運(yùn)行。文獻(xiàn)10首先將FREEDM（the Future Renewable Electric Energy Delivery and Management System的簡(jiǎn)稱）的原理和概念帶進(jìn)國(guó)內(nèi)，同時(shí)也分析了FREEDM中的最主要的基礎(chǔ)元件即固態(tài)變壓器的基本理論技術(shù)和其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而提出了最適合我國(guó)電壓等級(jí)的三相SST模型，論述了以SST為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電的并入電網(wǎng)的連接方式。1.3能源路由器的應(yīng)用前景 能源路由器是主動(dòng)配電網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換裝置，它最主要的功能是對(duì)接入的電能輸入和用戶及工業(yè)的負(fù)載來(lái)找到最佳的匹配。但是當(dāng)能源路由器所處的區(qū)域不同時(shí)其功能也是很不一樣的，

16、以下會(huì)根據(jù)負(fù)荷出和配網(wǎng)處兩個(gè)不同階段去論述能源路由器的作用。 1） 能源路由器處于負(fù)荷側(cè)時(shí)的作用 當(dāng)能源路由器處于配電網(wǎng)的終端時(shí)，直接與分布式電源連接，分布式電源包括了分布式電源和分布式的能連存儲(chǔ)裝置及用戶側(cè)負(fù)荷。能源路由器是為負(fù)荷分配調(diào)度的最主要裝置，在區(qū)域網(wǎng)中每一個(gè)提供能量的點(diǎn)的裝置都能與能源路由器進(jìn)行信息交流，每個(gè)電源都能像能源路由器發(fā)送信息而能源路由器也能像每一個(gè)與其相連的分布式電源發(fā)送指令信息。能源路由器時(shí)各分布式電源接入電網(wǎng)的連接裝置，能源路由器使用時(shí)較便捷能夠順利投入和切換，并且在投入切換時(shí)能夠立刻檢測(cè)電網(wǎng)和用戶側(cè)的電能質(zhì)量如頻率電壓水平波形等信息，從而發(fā)出一系列的指令信息來(lái)對(duì)連

17、接的用戶側(cè)分布式電源進(jìn)行控制。分布式電源與能源路由器之間能夠進(jìn)行信息交流分布式電源能夠像能源路由器請(qǐng)求指令而能源路由器能夠像分布式電源發(fā)送運(yùn)行指令，所以當(dāng)分布式電源要停止工作時(shí)就要向能源路由器發(fā)送請(qǐng)求停止信息再由能源路由器像分布式電源發(fā)送停止運(yùn)行的指令。而當(dāng)分布式電源與能源路由器斷開(kāi)時(shí)能源路由器則要去檢測(cè)段開(kāi)出的信息并且用新的信息來(lái)取代就得信息。而因?yàn)閷?shí)時(shí)店家的關(guān)系能源路由器則應(yīng)該實(shí)時(shí)貴負(fù)荷側(cè)發(fā)送指令來(lái)調(diào)控負(fù)荷側(cè)的負(fù)荷大小來(lái)滿足該時(shí)刻的電價(jià)。例如在普通民用負(fù)荷區(qū)白天的電價(jià)比較低，該負(fù)荷區(qū)的能源路由器則可以將調(diào)控速度較快的負(fù)荷接入來(lái)充分利用白天富余的電能；然而在用電較多的工業(yè)區(qū)考慮到白天的作息時(shí)

18、間，白天的電價(jià)較高而晚上休息時(shí)電價(jià)較低，則該工業(yè)區(qū)的能源路由器應(yīng)該調(diào)控在晚上是讓更多負(fù)荷接入來(lái)充分利用晚間富余的電能。 2） 能源路由器在配電網(wǎng)中的應(yīng)用 對(duì)于某一個(gè)區(qū)域的配電網(wǎng)，該區(qū)域中的分布式電源和負(fù)荷時(shí)通過(guò)能源路由器來(lái)與配電網(wǎng)連接的，這樣通過(guò)能源路由器使能源路由器能夠收集該區(qū)域中的所有信息從而來(lái)進(jìn)行調(diào)度，并且該配電網(wǎng)中的不同能源路由器可以進(jìn)行信息交流。不僅能夠使該區(qū)域中的分布式電源所產(chǎn)生的電能更合理的應(yīng)用，而且還能夠讓該配網(wǎng)內(nèi)的電能和負(fù)荷分配更合理時(shí)能源損失降到最小以及使電網(wǎng)運(yùn)行可靠性更高。在配電網(wǎng)中能源路由器有多種工作模式但當(dāng)能源路由器處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，能源路由器是把該區(qū)域中的所有負(fù)荷和分

19、布式電源都連接到配電網(wǎng)的干路上，該區(qū)域負(fù)荷所得到的電能則是通過(guò)能源路由器從主干網(wǎng)中得到的。能源路由器是用來(lái)調(diào)節(jié)電能的匹配的其會(huì)通過(guò)該區(qū)域中各個(gè)負(fù)荷對(duì)能源的需求來(lái)對(duì)電能進(jìn)行分配，當(dāng)然能源路由器也有運(yùn)行在孤島模式的情況，即當(dāng)該區(qū)域中或者大范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)從主干網(wǎng)上斷開(kāi)單獨(dú)運(yùn)行。這種情況下該能源路由器所連接的范圍內(nèi)僅僅只能有該能源路由器單獨(dú)進(jìn)行控制例如當(dāng)風(fēng)能充足時(shí)，風(fēng)電設(shè)備將會(huì)將大量的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能而該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備會(huì)想能源路由器傳遞信息同時(shí)能源路由器則會(huì)向該奮力發(fā)電設(shè)備發(fā)送指令。能源路由器會(huì)計(jì)算該區(qū)域中的發(fā)電和用電信息并且進(jìn)行比對(duì)來(lái)判斷是否從主電網(wǎng)中獲取電能還是向主電網(wǎng)輸送電能。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電

20、能過(guò)少時(shí)其產(chǎn)生的電能并不能大于所消耗的電能時(shí)會(huì)向能源路由器發(fā)送請(qǐng)求斷開(kāi)的信息，而能源路由器則向奮力發(fā)電設(shè)備發(fā)送斷開(kāi)運(yùn)行的指令，風(fēng)力發(fā)電則斷開(kāi)。對(duì)于在該區(qū)域網(wǎng)中的電能儲(chǔ)存設(shè)備當(dāng)該區(qū)域中的所有分布式發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能充足時(shí)則該電能儲(chǔ)存設(shè)備則向能源路由器發(fā)送接收電能的請(qǐng)求信號(hào)，而能源路由器向該儲(chǔ)存設(shè)備發(fā)送接收電能的指令每當(dāng)該區(qū)域中供能不足時(shí)則該儲(chǔ)能設(shè)備則向區(qū)域網(wǎng)中提供能量。而處于夜間時(shí)，區(qū)域網(wǎng)中的負(fù)荷較低消耗電能很少則這種情況下可以向儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充能來(lái)把該區(qū)域中分布式發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的過(guò)多電能消耗掉。1.4本文的研究?jī)?nèi)容及缺陷 現(xiàn)在盡管能源路由器的各種理論及模型都在快速發(fā)展和建立著但是能源路由器還是處于

21、起步狀態(tài)，還有很多地方需要完善的，分布式發(fā)電也有很多需要去改進(jìn)： 1）分布式電源（尤其是那些分散的，容量不大的分布式電源）由于其容量過(guò)小而數(shù)量過(guò)多故調(diào)控難度較大，所以現(xiàn)在的區(qū)域電網(wǎng)中并不能充分的利用這些電能； 2）現(xiàn)在發(fā)展起來(lái)的分布式電網(wǎng)并不是很成熟能源路由器的功能也不是很多并且較簡(jiǎn)單只有一些基本的調(diào)控功能而且能源路由器與和它所連接的負(fù)荷和分布式電源間的信息交流也比較簡(jiǎn)單并不能完成復(fù)雜的調(diào)控任務(wù)； 3）現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)及其相應(yīng)設(shè)備均較簡(jiǎn)單并不能接入大量的分布式電源以及進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)控行動(dòng)； 4）分布式發(fā)電電源有很多種類如分能發(fā)電水力發(fā)電等多種發(fā)電方式因此這就決定了發(fā)電的種類有很多，但是現(xiàn)在的能源

22、路由器的控制能力較差不能保證各分布式電源能夠完美和電網(wǎng)相接，并且現(xiàn)在的調(diào)控能力也不能保證對(duì)全區(qū)域網(wǎng)中的所有信息進(jìn)行收集。所以，研究一種能夠讓所有分布式電源和用戶側(cè)的負(fù)荷完美接入的能源路由器是現(xiàn)在緊要的任務(wù)。 在本文中假設(shè)了一種能夠?qū)Ω鞣植际诫娫催M(jìn)行有效管理的能源路由器及其相相應(yīng)的管理系統(tǒng)，來(lái)使電源和負(fù)荷之間能夠充分匹配，來(lái)使該區(qū)域中的分布式電源充分利用。本論文有四章每一張的大概內(nèi)容如下所示： 第一章首先介紹了能源路由器的研究背景再介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)能源路由器的研究情況介紹了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)能源路由器的部分理論及模型最后介紹了能源路由器的應(yīng)用前景說(shuō)明了能源路由器的發(fā)展方向以及發(fā)展后能帶來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 第

23、二章為能源互聯(lián)網(wǎng)首先第一節(jié)介紹了一種未來(lái)的能源配送管理系統(tǒng)系統(tǒng)即FREEDM系統(tǒng)，介紹了能源配送管理系統(tǒng)（FREEDM）系統(tǒng)的基本特性和理論并且介紹了一種可行的FREEDM系統(tǒng)模型再討論了以能源路由器為基礎(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，最后討論了能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中作用及特性介紹了能源路由器的主要是能量控制、信息處理、能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和個(gè)性化的能源路由器的使用。 第三章為固態(tài)變壓器SST首先介紹了固態(tài)變壓器SST三個(gè)部分分別為輸入部分隔離部分和輸出部分對(duì)固態(tài)變壓器的每個(gè)部分都進(jìn)行了研究。然后對(duì)固態(tài)變壓器的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行了研究。 第4章 為能源路由器的建模與仿真。本章主要是對(duì)能源

24、路由器進(jìn)行建模，對(duì)其物理模型和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，再利用PSIM軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。第5章 第五章對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，然后對(duì)能源路由器未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望。第二章 能源路由器與能源互聯(lián)網(wǎng)2.1未來(lái)能源配送管理系統(tǒng)（FREEDM）系統(tǒng) 本章首先介紹一種能源互聯(lián)網(wǎng)模型即FREEDM系統(tǒng)。在今天的電網(wǎng)，F(xiàn)REEDM系統(tǒng)與現(xiàn)在電網(wǎng)的功能可比性不存在。在圖2-1中示出了一種基于大規(guī)模使用分布式電源和分布式儲(chǔ)能設(shè)備的FREEDM系統(tǒng)。要成為一個(gè)合格的能源互聯(lián)網(wǎng)，未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的核心部分必須具備以下這三種功能。第一種關(guān)鍵功能是要有交流和直流總線及相應(yīng)的接入設(shè)備，包括一個(gè)直流（DC）母線和一個(gè)普通的交流電

25、（AC）母線。該原理圖中還包含一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的基于通信網(wǎng)絡(luò)的接口，以便電網(wǎng)的其它設(shè)備能夠快速便捷的接入，還可以對(duì)接入電網(wǎng)的設(shè)備立即識(shí)別只要所接入的設(shè)備能夠被識(shí)別。第二個(gè)功能是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)-能源路由器，用來(lái)連接局域網(wǎng)中的分布式電源、分布式儲(chǔ)能設(shè)備和用戶等，圖2-1：基于大規(guī)模運(yùn)用分布式電源與分布式儲(chǔ)能設(shè)備的預(yù)想能源互聯(lián)網(wǎng)FREEDM系統(tǒng)圖2-2：電網(wǎng)圖概念化的FREEDOM系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)接口：（1）未來(lái)的FREEDM系統(tǒng)（2）關(guān)鍵元件的接口還有就是是要能夠支持直流和交流的接入，能夠監(jiān)測(cè)到相關(guān)信息并且能夠識(shí)別和控制低電壓交流和直流接入（分布式能量?jī)?chǔ)存裝置和分布式可再生能源和負(fù)荷）的所有設(shè)備。在負(fù)載的

26、控制上面有控制負(fù)載的接入和切除以及在負(fù)載測(cè)的電壓和功率。這種控制可能是控制分布式儲(chǔ)能設(shè)備充電或者放點(diǎn)的速率。例如，對(duì)于一個(gè)光伏（PV）系統(tǒng)，功率輸出在最大功率的控制范圍內(nèi)，因此能源路由器不應(yīng)經(jīng)?？刂乒夥敵?。但該能源路由器應(yīng)該斷開(kāi)（關(guān)閉）光伏發(fā)電裝置當(dāng)本地負(fù)載的需求功率或分布式能量?jī)?chǔ)存裝置儲(chǔ)存容量小于在家里在孤島模式光伏發(fā)電的輸出時(shí)。該能源路由器還提供了當(dāng)?shù)刂匾碾娫垂芾砉δ埽绲蛪航涣骱椭绷麟妷旱恼{(diào)節(jié)，電網(wǎng)側(cè)電壓暫降穿越，負(fù)荷側(cè)故障電流限制，以及許多其他重要功能。第三個(gè)功能是一個(gè)開(kāi)放的，基于標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)的自由制度，被稱為DGI。此功能被嵌入到該能源路由器設(shè)備。該操作系統(tǒng)被分布在所有該能源路

27、由器設(shè)備，并利用通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)協(xié)調(diào)與其他能源的路由器的系統(tǒng)管理。 具有類似于在上圖的接口。圖2-2a）為每一個(gè)用戶在一個(gè)分配系統(tǒng)在圖中所示的自由度的系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)。圖2-2（b）。除了上面討論的能源路由器裝置，IFM設(shè)備將被用于隔離潛在的故障，并提供重新配置的能力和不間斷供電電源水平質(zhì)量給用戶。所述的能源路由器將通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。在FREEDOM系統(tǒng)中的控制動(dòng)作將由嵌入在每個(gè)能源路由器的操作系統(tǒng)來(lái)提供。 由于FREEDOM系統(tǒng)要可以適應(yīng)廣泛分布的分布式可再生和替代能源發(fā)電，必須要有一定的能量存儲(chǔ)能力來(lái)存儲(chǔ)分布式發(fā)電產(chǎn)生的富余電能。在FREEDM系統(tǒng)中作為分布式電能存儲(chǔ)裝置的可以是大容量的電容組

28、也可以是一些與系統(tǒng)分離的儲(chǔ)能裝置。像蓄電池組的引入就對(duì)富余電能的存儲(chǔ)有很大的作用，例如在未來(lái)電動(dòng)汽車的引入，電動(dòng)汽車上都有蓄電池組，每臺(tái)蓄電池都有較強(qiáng)的存儲(chǔ)能力再考慮到電動(dòng)汽車的數(shù)量就有很強(qiáng)的儲(chǔ)能能力了。 2.2能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)能源路由器的主要目的是為了區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的分布式電源和負(fù)荷更好的連接，建造一個(gè)能源路由器的控制系統(tǒng)優(yōu)化方案是目前急需去完成的任務(wù)。電能在存儲(chǔ)運(yùn)輸方面比其它形式的能源都要方便所以電力運(yùn)輸網(wǎng)發(fā)展較快且已經(jīng)有了一定的規(guī)模。所以從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平來(lái)看，現(xiàn)有的電力設(shè)施比較成熟所有要發(fā)展好能源路由器可以好好利用現(xiàn)有的這些基礎(chǔ)。通過(guò)以上我們知道，應(yīng)該以電力傳輸網(wǎng)來(lái)作為電能傳遞的主要方式，再來(lái)設(shè)

29、計(jì)能源信息一體化的交換設(shè)備，采用遞增式的方法建造能源互聯(lián)網(wǎng)是一種較好的方法。圖三：新型能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 這種能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)融合了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的理論來(lái)形成的包括能源的能源互聯(lián)網(wǎng)，其以主干網(wǎng)為主；其中分布式電源和小型電網(wǎng)組成區(qū)域電網(wǎng)；而能源路由器則用來(lái)控制該區(qū)域網(wǎng)中的能量分配，實(shí)行大范圍的信息交流的電力傳輸運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)架構(gòu)適用于分布式可再生能源的發(fā)揮和分布式儲(chǔ)能設(shè)備的架構(gòu)。且在這個(gè)以能源路由器為基礎(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中把每個(gè)能源路由器所連接的部分看成一個(gè)子系統(tǒng)，現(xiàn)在考慮這樣的一個(gè)的子系統(tǒng)，其中每個(gè)子系統(tǒng)可以在生成，存儲(chǔ)或消耗能量之間有效地轉(zhuǎn)移目標(biāo)。一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是由一個(gè)燃料組為基礎(chǔ)的能量提供單元，電池，

30、超級(jí)電容器，和電動(dòng)馬達(dá)或發(fā)電機(jī)的多元系統(tǒng)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被用在一些電動(dòng)車。根據(jù)操作制度，能源必須的各種單元，其我們稱之為多端口之間轉(zhuǎn)移，根據(jù)一些能源管理政策。以確保能量交換，存儲(chǔ)和負(fù)載裝置的互連是通過(guò)使用功率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的。這些子系統(tǒng)被電子電路轉(zhuǎn)換二能夠?qū)⒍丝诘碾妷夯螂娏鞣葹槠谕闹档碾娐?。為了?shí)現(xiàn)多端口之間的能量轉(zhuǎn)移，通常的做法是假定系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)移多端口的電力需求成電流或電壓參考。然后用跟蹤控制環(huán)，通常是比例加積分（PI）。由于各種多端口具有不同的時(shí)間響應(yīng)，常常需要將快速和緩慢變化的功率需求曲線之間進(jìn)行區(qū)分。例如，由于物理的限制，要求迅速向燃料電池單元改變功率輪廓而這是不可取的。

31、因此，負(fù)荷的高峰需求通過(guò)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能來(lái)滿足，其時(shí)間響應(yīng)速度快，能夠順?biāo)偬峁?。為?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一個(gè)穩(wěn)態(tài)視點(diǎn)被再次采用，并且在電流或電壓引用到多端口通過(guò)低通或高通濾波器時(shí)通過(guò)。目前在實(shí)踐中所采用的穩(wěn)定狀態(tài)的方法只能大致實(shí)現(xiàn)能量傳遞和動(dòng)力需求的慢抗快速鑒別的預(yù)期目標(biāo)。特別是，在瞬變或當(dāng)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是必需的，需要的功率的響應(yīng)輸送到電流或電壓參考和所述過(guò)濾器的時(shí)間響應(yīng)動(dòng)作可以是遠(yuǎn)不能令人滿意。2.3能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的功能 能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)形成的最基礎(chǔ)部分。能源路由器的作用主要是講該范圍內(nèi)的分布式電源和用戶的負(fù)荷連接起來(lái)來(lái)調(diào)控這些元件的運(yùn)行時(shí)它們的運(yùn)行更加高效同時(shí)也是整個(gè)區(qū)域網(wǎng)更加穩(wěn)定

32、。以下會(huì)從能量控制、信息處理、系個(gè)性化能源使用和能源路由器的聯(lián)網(wǎng)使用等來(lái)討論能源路由器必須具有的特性。2.3.1能量控制 在能源互聯(lián)網(wǎng)中，主電網(wǎng)任然用來(lái)遠(yuǎn)距離傳輸電能；而在區(qū)域網(wǎng)中分布式電源是重要的能量來(lái)源，能源路由器的功能是把區(qū)域網(wǎng)匯總的不同性質(zhì)的能量連接起來(lái)并且讓各個(gè)分布式電源協(xié)調(diào)運(yùn)行提供能量。首先，流進(jìn)能源路由器的電能要滿足一定的要求；其次，應(yīng)該協(xié)調(diào)好與其所連接的分布式電源和用戶的負(fù)荷達(dá)到較好的匹配；最后，可以實(shí)時(shí)知道網(wǎng)絡(luò)中的電能流量，能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)確保電能的提供?，F(xiàn)在已電能來(lái)說(shuō)明，對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)中的能源路由器來(lái)說(shuō)其必須要具有能連接不同電壓等級(jí)不同頻率的電能甚至要能連接直接和交流；對(duì)于區(qū)域

33、電網(wǎng)中的能源路由器來(lái)說(shuō)其必須能夠充分利用該區(qū)域網(wǎng)中的分布式電源的發(fā)電并且能夠儲(chǔ)存分布式電源過(guò)多的電能所以能源路由器一定要具有連接不同電壓等級(jí)不同頻率及直流交流以及還有具有存儲(chǔ)電能的功能。確保電能的合理分配需要能源路由器能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到分布式電源和負(fù)荷的變化，能夠改變電能的流動(dòng)和電能的數(shù)量的能力，而要實(shí)現(xiàn)這些能力則需要多級(jí)的變壓器和。能源路由器所連接的分布式電源和負(fù)荷重就算有細(xì)微的改變都可能造成整個(gè)系統(tǒng)的奔潰，所以需要能源路由器具有一套監(jiān)測(cè)的體系能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問(wèn)題并且對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題作出反應(yīng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。2.3.2信息處理 能源路由器正常工作的基礎(chǔ)是要能獲得分布式電源和負(fù)荷的實(shí)時(shí)信息來(lái)進(jìn)行調(diào)控

34、，所以要求能源路由器的信息收集系統(tǒng)和指令發(fā)送系統(tǒng)具有一定的立即性和精準(zhǔn)性，首先，能源路由器要能夠大量的手機(jī)區(qū)域電網(wǎng)中的信息，這就要求不能錯(cuò)漏信息；其次收集信息的速度不能太慢要有一定的及時(shí)性。能源路由器要能夠收集各種信息，而且還要與另外節(jié)點(diǎn)的能源路由器互相有一定的信息交流機(jī)制進(jìn)行信息交流來(lái)充足信息處理。2.3.3 個(gè)性化能源使用 能夠使用戶定制自己的能源使用策略是能源路由器的基本功能，要達(dá)到這種能力就要求用戶和能源互聯(lián)網(wǎng)之間能夠進(jìn)行信息交流。首先，負(fù)荷側(cè)能夠?qū)崟r(shí)的改變自己的能源使用更具當(dāng)時(shí)的能源使用信息，而能源路由器則根據(jù)用戶的需求來(lái)更改電能的傳輸；其次，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該能夠收集區(qū)域網(wǎng)中所有用戶的

35、能源使用信息來(lái)統(tǒng)計(jì)所有的能源使用信息來(lái)對(duì)分布式電源發(fā)送一定的指令制定合理的發(fā)電計(jì)劃，及生成一個(gè)合理的電能使用計(jì)劃，來(lái)給負(fù)荷發(fā)送指令來(lái)生成使用計(jì)劃，供用戶選擇。所以能源路由器應(yīng)該具有收集信息和發(fā)送指令的功能。 以后的電能使用的區(qū)域, 可能有基本的用電設(shè)備、用戶負(fù)荷、房屋負(fù)荷、區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷、以及大的話是一個(gè)省或者整個(gè)國(guó)家,個(gè)性化的技術(shù)支持保障具有特別的區(qū)域特性要求, 所要求的信息和能源要有一定的差異, 此時(shí)對(duì)于能源路由器對(duì)于某些用電裝置, 像以電為動(dòng)力基礎(chǔ)的汽車, 漆需要管理的可能僅僅是用電和充電, 它僅僅需要能源路由器提供實(shí)時(shí)的電壓水平電流水平頻率和電價(jià)就可以了, 并且該電動(dòng)汽車可以接受能源路由

36、器發(fā)送的信息并對(duì)這些信息驚醒設(shè)別和計(jì)算,對(duì)于像電動(dòng)汽車這種移動(dòng)性的裝置由于沒(méi)有一直與能源路由器相連的所以要建立一定的計(jì)算機(jī)制; 而能源路由器所連接的元件數(shù)量不斷增多, 連接的裝置數(shù)量、種類也將會(huì)大大的增加, 以用戶自身來(lái)說(shuō), 它本身就可以包括分布式儲(chǔ)能設(shè)備、分布式能源(太陽(yáng)能、燃?xì)獾? 和以及符合, 能源路由器的作用在于能夠協(xié)調(diào)與其所連接的分布式電源負(fù)荷以及分布式儲(chǔ)能設(shè)備協(xié)調(diào)合作運(yùn)行。另外,能源路由器還應(yīng)該擁有允許第三方設(shè)備與其連接的功能使能夠滿足能源管理企業(yè)的要求。2.3.4能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)更好的管理能源路由器也是同樣重要的，時(shí)刻保持能源路由器信息的及時(shí)性有利于能源路由器更

37、好的調(diào)控。能源路由器具有和別的能源路由器相互交流的功能這有利于能源路由器的管理。即能源路由器要能夠收集信息和網(wǎng)絡(luò)連接識(shí)別接入元件的信息、制定計(jì)劃、出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能及時(shí)處理、以及記錄所有工作信息的能力以。能源路由器是能源單元接入能源互聯(lián)網(wǎng)的唯一方法，所以需要更快捷高效的管理界面，通過(guò)該界面，用戶負(fù)荷利用自身情況選擇或配置其有力的更能部分。能源路由器主要是來(lái)和外界信息交流和管理自身的能源流動(dòng)，遠(yuǎn)程控制通過(guò)對(duì)能源路由器進(jìn)行信息交流可以達(dá)到更有效的控制能源路由器的地步，使區(qū)域網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性更高。不同尋常的智能處理和修復(fù)是要求較高的能源互聯(lián)網(wǎng)的特征，從能源角度看，遠(yuǎn)動(dòng)、繼電保護(hù)、測(cè)距等業(yè)務(wù)必須支持，通信

38、模塊為指令的傳輸提供支撐，信息交流部分和調(diào)控部分的合作是確保管理能力的必要條件。能源路由器在運(yùn)行過(guò)程中不僅要對(duì)該局域網(wǎng)內(nèi)的分布式電源和負(fù)荷進(jìn)行調(diào)控而且還要記錄相應(yīng)的調(diào)控信息以便于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)的分析。2.4本章小結(jié) 本章介紹了一種能源互聯(lián)網(wǎng)和能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的功能做了一個(gè)基本的敘述，為下一章對(duì)能源路由器的分析以及能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用和多個(gè)能源路由器的協(xié)調(diào)控制分析做好鋪墊。 首先2.1小節(jié)對(duì)未來(lái)能源配送管理系統(tǒng)（FREEDM）系統(tǒng)做了一個(gè)基本的介紹和簡(jiǎn)單的分析歸納了國(guó)外學(xué)者對(duì)未來(lái)能源配送管理系統(tǒng)（FREEDM）系統(tǒng)的幾個(gè)基本性質(zhì)，及能源互聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)用的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、及電能在系統(tǒng)

39、中的分配方式做了敘述。 其次2.2小節(jié)中對(duì)以能源路由器為基礎(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)做了歸納講解，提出以大電網(wǎng)大電網(wǎng)”來(lái)做為電能傳輸?shù)闹饕绞?。又提出把現(xiàn)有電網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合提出了“廣域網(wǎng)”，廣域網(wǎng)不僅充分利用了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的快速、高效、準(zhǔn)確的性質(zhì)。在這個(gè)廣域網(wǎng)中某片區(qū)域中的分布式電網(wǎng)就看做一個(gè)局域網(wǎng)，而組建這個(gè)局域網(wǎng)的基礎(chǔ)和中心就是能源路由器，能源路由器把這個(gè)區(qū)域中的蓄電池風(fēng)電太陽(yáng)能等能量提供因素和各階段用戶都聯(lián)系起來(lái)，能源互聯(lián)網(wǎng)能有效分配其中的能源提供。最后歸納了能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中作用及特性其中講述了能源路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中主要的四個(gè)功能能量控制、信息處理、個(gè)性化能源使用、能源路由器的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，

40、對(duì)能源路由器的功能做了詳盡的歸納。第四章 能源路由器基礎(chǔ)-固態(tài)變壓器SST 固態(tài)變壓器工作方式為:原方接電源,前端變換器將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流信號(hào),經(jīng)高頻變壓器耦合,將信號(hào)傳遞至后端變換器,將其轉(zhuǎn)換為最終所需形式的電能,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載供電?；驹韴D見(jiàn)圖4-1所示。在高頻變壓器變比固定的情況下,可通過(guò)反饋控制和其他的控制策略,如雙環(huán)解列控制,來(lái)達(dá)到目標(biāo)輸出特性(頻率,相角,幅值)。所以固態(tài)變壓器SST的基本結(jié)構(gòu)有電力電子變換電路和高頻變壓器組成。變壓器的體積與磁通密度有關(guān),頻率與磁通密度呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān),采用高頻變壓器之所以能帶來(lái)體積、重量上的改觀在于較高的頻率可提高鐵磁材料的利用率,SST因

41、中間的高頻環(huán)節(jié)具備了變壓、調(diào)相、變頻輸出等多項(xiàng)功能。圖4-1固態(tài)變壓器的基本工作原理 通過(guò)上述的固態(tài)變壓器的基本原理可以知道,有兩種方式實(shí)現(xiàn):第一種是AC/AC直接變換,另外一種是有直流環(huán)節(jié)過(guò)渡的AC/DC/AC間接的變換,這兩種結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖3-2（a）和（b）所示。第一種的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)盡管有混搞的轉(zhuǎn)換效率但其作用較簡(jiǎn)單且難以去拓展，并且輸入側(cè)的諧波含量很高導(dǎo)致輸入電能很難有較高的功率因數(shù)。而第二種多了一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié),則可以設(shè)計(jì)為三部分級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)式固態(tài)變壓器SST,使輸入電能能夠輸入單位功率因數(shù),輸出電能可控性強(qiáng),在電流和電壓中諧波的含量較低,更加適合于中高壓等級(jí)的電力網(wǎng)絡(luò)，以下將

42、對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。圖4-2（a）交流-交流直接變換圖4-2(b)交流-直流-交流間接變換固態(tài)變壓器分為三個(gè)部分，即輸入部分，隔離部分和輸出部分。輸入部分為整流電路隔離部分為脈沖調(diào)制、高頻變壓器和脈沖解調(diào)組成而輸出部分為逆變電路。下圖3-3為典型的SST等效模型。本章將對(duì)固態(tài)變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成各個(gè)部分的原理以及以固態(tài)變壓器為基礎(chǔ)的能源路由器的實(shí)現(xiàn)。圖4-3：典型固態(tài)變壓器SST模型4.1建模軟件與PWM控制介紹 本章將會(huì)對(duì)單個(gè)固態(tài)變壓器的各個(gè)部分固態(tài)變壓器整體以及多個(gè)固態(tài)變壓器之間的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行仿真，將要利用到PSIM來(lái)對(duì)相關(guān)電路圖進(jìn)行建立和仿真運(yùn)行，并利用該軟件來(lái)對(duì)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。PS

43、IM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件。PSIM全稱Power Simulation。PSIM是由SIMCAD 和SIMVIEM兩個(gè)軟件來(lái)組成的。PSIM具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。本仿真解析系統(tǒng)，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開(kāi)發(fā)效率的仿真環(huán)境。例如，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實(shí)現(xiàn)，電機(jī)部分用電磁場(chǎng)分析軟件MagNet、JMAG實(shí)現(xiàn)，由此進(jìn)行連成解析，實(shí)現(xiàn)更高精度的全面仿真系統(tǒng)。

44、 4.2固態(tài)變壓器的輸入部分模型4.2.1輸入部分電路模型 固態(tài)變壓器的輸入部分為整流電路其具有的功能為:(1)使高壓直流電壓能夠保持穩(wěn)定;(2)減少用戶側(cè)向電網(wǎng)輸送的無(wú)功功率，降低電網(wǎng)中無(wú)功的含量提高電能的質(zhì)量;(3)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,使電網(wǎng)側(cè)電壓和電流相位相同。普通的二極管組成的不可控整流電路或晶鬧管相控整流電路都會(huì)向電網(wǎng)輸送大量諧波和無(wú)功功率,解決辦法是由全控型變流裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流控制,在適當(dāng)?shù)目刂撇呗韵驴墒咕W(wǎng)側(cè)保持單位功率因數(shù)運(yùn)行。對(duì)于整流器,就有電流型和電壓型整流器之分如下圖所示為兩個(gè)整流器模型。圖4-4：三相電壓型整流電路圖4-5：三相電流型整流電路在電流型整流器中電感的體積較大而

45、損耗等也較大所以其應(yīng)用的并不多，而且平時(shí)使用的IGBT是有反向并聯(lián)的開(kāi)關(guān)器件，所以對(duì)于電流型的變換電路還要再串聯(lián)二極管來(lái)預(yù)防電流反向流通，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)使電路結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，且會(huì)使電路中的損耗增加。所以相對(duì)于電流型變換電路電壓型變換電路用的更加廣泛。在本文中的固態(tài)變壓器中也均以電壓型變換為主。4.2.2仿真結(jié)果 本小節(jié)將對(duì)固態(tài)變壓器的輸入部分進(jìn)行仿真運(yùn)行并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,由于電流型整流器的缺陷，相較而下電壓型整流器優(yōu)勢(shì)明顯應(yīng)用也較廣，所以本小節(jié)將對(duì)電壓型整流器進(jìn)行仿真分析。電路模型如下所示：圖4-6：固態(tài)變壓器輸入級(jí)仿真模型經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試選定仿真參數(shù)為：輸入三相交流線電壓的有效值為10KV，交流

46、輸入側(cè)電阻為0.5,濾波電感為1mH。輸出濾波電感為5mH,輸出測(cè)濾波電容為5000uF，負(fù)載電阻為5。仿真時(shí)間選為0.1s。進(jìn)行仿真運(yùn)行：圖4-7：三相輸入電壓波形圖3-7所示的是三相整流電路的三相輸入電壓波形圖，其幅值為8165V并且是三相對(duì)稱的。圖4-8：輸入部分直流側(cè)的直流輸出波形 圖3-8為輸入部分直流側(cè)的直流輸出波形，由該圖中可以看出最后直流電壓穩(wěn)定在6KV，該直流波形波動(dòng)很小能夠較穩(wěn)定的輸出6KV的直流電壓。3.3固態(tài)變壓器隔離部分模型3.3.1隔離部分電路模型 在固態(tài)變壓器中其中間的隔離環(huán)節(jié)由直流-直流部分組成,這隔離部分有單相橋式逆變電路、高頻隔離變壓器和單相橋式全控整流電路

47、或者單相不可控整流電路。固態(tài)變壓器的第一級(jí)整流部分輸出的高壓直流電被逆變器逆變成高頻的方波,高頻方波在經(jīng)過(guò)高頻隔離變壓器轉(zhuǎn)換到變壓器的二次側(cè),再被與二次側(cè)連接的整流電路整流變成低壓直流電，來(lái)對(duì)負(fù)荷或下一組變換裝置供電。直流-直流部分在結(jié)構(gòu)上是完全對(duì)稱的,因?yàn)槿珮蚴侥孀冸娐泛腿珮蚴秸麟娐吩诮Y(jié)構(gòu)上也是完全對(duì)稱的;對(duì)于二次側(cè)所接的為負(fù)載時(shí)的情況也可以就選用不可控整流電路,。對(duì)于接有不可控整流電路的結(jié)構(gòu)如下圖4-4所示。圖4-9：隔離部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.3.2仿真結(jié)果本小節(jié)將對(duì)固態(tài)變壓器隔離部分進(jìn)行仿真驗(yàn)證,隔離部分的作用是把高壓直流變換為低壓直流由于在本章當(dāng)中對(duì)于固態(tài)變壓器只考慮其單向的功率傳輸，所以

48、隔離部分的整流輸出部分采用不可控整流方式，以下電路模型為隔離部分的電路仿真模型：圖4-10：固態(tài)變壓器隔離部分仿真模型在該模型圖中輸入側(cè)的直流電壓值為6kv，逆變橋采用4只IGBT來(lái)形成，每只IGBT都單獨(dú)采用一只門級(jí)觸發(fā)器來(lái)觸發(fā)，4只門級(jí)觸發(fā)器采用50HZ頻率來(lái)觸發(fā)，G1和G4出發(fā)點(diǎn)為0-180度，G2和G3出發(fā)點(diǎn)為180-360度。變壓器的變比為6kv/750v。而整流橋采用不可控整流電路來(lái)整流，輸出側(cè)濾波電感為2.5mH，濾波電容為1500uF，所借電阻負(fù)載為5。仿真時(shí)間為0.04s。根據(jù)以上參數(shù)來(lái)對(duì)該電路模型進(jìn)行仿真運(yùn)行。圖4-11：隔離部分輸入直流電壓圖4-12：變壓器一次側(cè)輸入電壓

49、波形圖4-13：變壓器二次側(cè)輸出電壓圖4-14：隔離部分輸出直流穩(wěn)壓電壓由以上仿真的三張圖可以知道，隔離部分輸入的6kv直流電壓經(jīng)過(guò)逆變電路后形成幅值為6kv的交流矩形波，再經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換為低壓交流矩形波幅值為750v。750v的交流矩形波經(jīng)過(guò)串聯(lián)電感和并聯(lián)電容濾波后得到750v的直流輸出。4.4固態(tài)變壓器器輸出部分模型4.4.1輸出部分電路模型固態(tài)變壓器的輸出部分與輸入部分的整流電路有相似的結(jié)構(gòu),其工作電路就是逆變電路,所起的作用就是把中間的隔離部分產(chǎn)生的低壓直流電逆變成交流電來(lái)對(duì)與其所接的負(fù)載或下一級(jí)電路供電。對(duì)于固態(tài)變壓器如果是具有雙向傳遞功率的這里的輸出部分也可以作為輸入部分來(lái)使用，即

50、輸入部分的整流電路和輸出部分的逆變電路可以相互轉(zhuǎn)換。在本文中，最對(duì)輸出級(jí)直接接負(fù)載的電路進(jìn)行研究即中間隔離部分的后半部分為不可控整流電路。與輸入部分的高壓相比，輸出部分提供給負(fù)載的電壓較低，在這里主要使用單相電壓型逆變器。圖4-15：固態(tài)變壓器三相輸出部分三相電壓型逆變電路的工作原理：若a相橋臂上半的晶體管導(dǎo)通了,則節(jié)點(diǎn)a的電壓為輸入的直流的正極電壓,a電電壓為;當(dāng)a相下半部分的晶體管導(dǎo)通時(shí),節(jié)點(diǎn)a與輸入的電源負(fù)極相連,a電輸出電壓為。與a相相同,b和c相導(dǎo)通時(shí)也要通過(guò)具體是上管導(dǎo)通還是下管導(dǎo)通來(lái)確定輸出的電壓值。逆變電路正常工作時(shí),每一相的橋臂上下兩個(gè)晶體管交替導(dǎo)通,在每一個(gè)交流電周期中上下

51、兩個(gè)管各導(dǎo)通180度。并且每一相之間依次導(dǎo)通120度。即在每一個(gè)時(shí)刻逆變電路的六個(gè)晶體管總是會(huì)有三個(gè)晶體管導(dǎo)通，不能有任意兩個(gè)管在同一相中。晶體管的導(dǎo)通的順序?yàn)?23234345456561612。經(jīng)過(guò)逆變后就得到了六分之一基波周期的矩形交流電。對(duì)改矩形交流電進(jìn)行傅里葉變換,其傅里葉展開(kāi)式:（4-1）改逆變電路逆變后產(chǎn)生的是具有正弦規(guī)律的矩形波,通過(guò)該矩形交流電的傅里葉展開(kāi)式可以知道該矩形波中不僅有基波還有5、7、11、13等高次諧波。為了提高逆變交流電的電能質(zhì)量在逆變后應(yīng)該經(jīng)LC濾波器來(lái)濾除掉較高次的諧波,來(lái)提高逆變交流電的質(zhì)量,圖4-6中,為濾波電感,為濾波電容。3.4.2仿真結(jié)果輸出部分連接的上一級(jí)為隔離部分，即隔離部分的輸出側(cè)與輸出部分的輸入側(cè)相連接，所以輸出部分的輸入為低壓750v的直流