光储充调智能交互微电网协同自律技术与工程应用

完 成 人：张辉 支娜 张瑞雪 魏亚龙 杨甲甲 柯程虎 李晓 

完成单位：西安理工大学 

公布年份：2019年

关 键 词：智能交互微电网 复合储能拓扑结构 光伏并网逆变器 

摘      要：该项目属于电力电子与电力传动学科智能直流微电网运行控制与电动汽车充电/驱动领域的前沿性课题。已取得成果是西安理工大学未来电能技术研究室(GoFEET)偕同清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室和西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，依托国家自然科学基金、陕西省工业攻关计划、陕西省自然科学基金的资助，在光储充调智能交互微电网相关技术领域的研究展现。相关成果立足于可再生能源发电、新型电力储能、电动汽车充电/驱动、能量调度，具体针对直流微电网协调控制技术、具有同步发电机特性的并网逆变器-虚拟同步发电机技术、大容量超导磁储能和钒流电池储能复合多电平拓扑与控制技术、电动汽车充电与多电机协调控制技术等交叉学科前沿技术与工程何题进行了深入研究，项目主要技术内容如下： (1)直流微电网协调控制技术：研究了直流微电网分级控制策略下的小信号稳定性及模式切换大信号稳定性，提出了分层控制与DBS控制相结合的母线电压协调优化控制方法，使母线电压波动小于±5％，储能单元恒流与下垂模式、光伏单元MPPT与下垂模式在线无缝切换时间小于1ms，提升了直流微电网的运行稳定性，借此与特变电工联合研制出基于SiC的ANPC 500kW光伏并网逆变器，其峰值效率99.2％。同时研发了一种大容量混合储能新型拓扑，开发了集成自主均流和平滑功率波动功能的控制策略，增强了三相不平衡电网下稳定运行的能力。 (2)逆变器-虚拟同步发电机技术：研究了可再生能源发电并网接口特性，将同步发电机模型嵌入并网逆变器控制算法中，实现了具有同步发电机特性的并网逆变器一虚拟同步发电机VSG，同时提出了基于虚拟功率的无锁相环并网预同步方法，在相位差180°的情况下，1s内完成预同步；针对加减载时不同容量VSG并联参数差异有较大的有功波动和无功环流，开发了一种提高有功动态特性、减小无功环流的参数设计方法，使多台VSG并联运行按容量比精准分配功率的参数设计方法，负载不均流度控制到3％以下；分析多机并联离/并网工况下转动惯量和阻尼系数等参数对稳定性的影响。研发转动惯量自适应控制，减小了有功功率振荡及频率恢复时间。根据以上研究与易事特合作研发了具有同步特性的光伏并网逆变器，具有宽直流电压输入范围(320-900V)，峰值转换效率98.6％，可实现再生能源发电与常规发电友好互联。 (3)大容量多电平复合储能技术：研究了新型易扩容大容量复合储能拓扑结构，分析了小信号稳定性及环流特性。针对单一储能平滑再生能源功率波动存在的不足，提出基于滑动平均和经验模态分解的功率配置优化控制方法，实现了平滑风电功率波动，其中功率型SMES变换器效率95％，SOC=0.2-0.8，THD3％；能量型VRB变换器效率90％，S0C=0.1-0.9，THD3％。基于研究的复合储能大容量拓扑结构，与西安强微电气设备有限公司合作研制了输出电压700V、输出电流750A，自带放电回路与PI补偿环节的恒流单闭、环恒压双闭环移相全桥ZVS变换器特种电源。项目以大容量多电平拓扑结构为基础，结合多模块协调控制技术，实现再生能源规模化利用，并渗透到表面处理领域中特种电源设计。 (4)电动汽车充电与多电机协调控制技术：研究了无线充电SP-SSP新型混合补偿拓扑结构，提出一种相位自动跟踪方法，解决充电时谐振频率点偏移的问题，谐振变换器效率从68.4％提高到75.8％，借此与中恒电气合作研制出高能效电动汽车充电装备；提出一种全新的辅源架构，实现单个充电桩电源模块每小时功耗为6W，相比国内同类型电源模块待机功耗降低61％，与特锐德合作研发出超低待机功耗充电桩电源模块；研究了多电机协调控制机理，针对四轮独立驱动/独立转向/制动，构建电子差速/独立大角度转向/电磁制动线控器，四“台独立驱动电机响应时间均小于100ms，直线行驶输出扭矩同步误差±5％，四“台独立转向电机响应时间均小于75ms，车轮转角相对误差±4％，提高了电机协调性和车辆机动性；借鉴电动汽车多电机驱动思路，与汉邦科技合作将协调控制技术应用于3D打印装备中，提升加工精度达0.02mm，降低缺陷率和孔隙率达0.04％以下。项目以电驱动、电转向、电制动、无线充电等奠定了全电汽车的基础，并延伸到金属増材制造领域中多电机驱动控制设计。 自2009年始，先后获得国家自然科学基金5项，陕西省重点研发计划和工业攻关计划等省部级项目7项，培养了博士8名，硕士73名，发表高水平论文54篇(三大检索收录26篇，被引291次)，授权专利6项。先后与特变电工西安电气科技有限公司完成产值61000万，与易事特集团股份有限公司完成产值2000万，与西安强微电气设备有限公司完成产值3920万，与杭州中恒电气股份有限公司完成产值8000万，与西安特锐德智能充电科技有限公司完成产值28000万，