文献翻译译文-Y型电力路由器三路隔离式直流直流变换器的潮流控制

Y型电力路由器三路隔离式直流/直流变换器的潮流控制摘要-我们提出一种Y型电力路由器作为轻松构建配电系统的系统元件，以便满足多种类型用户的需求。无论是直流电路还是在交流电路，Y型电力路由器控制在三端口上的潮流大小和方向。我们制作了一个三路隔离式直流/直流变换器模型，它是Y型电力路由器系统的一个核心部分，而且说明了Y型潮流控制操作。实验结果表明，基于控制方程的方法是一种有效控制三路转换器潮流的方法。1.引言到2050年，全球人口中城市居民比例将达到70%。预计电气化比率（电力占总能源消耗的比率）将会比当前增长25%50%。用于供应都市区大量公司和居民的能源基础设施变得越来越重要，因此，配电网络必须具备很高的可靠性、稳定性以及适应性。在尽力确保自给自足能源供应安全和防止全球变暖的情况下，有效利用电能是一个关键问题。因此，从发电到用电的每一个阶段，发展和传播的电力电子技术必不可少，因为它能有效的对功率进行转换和控制23。在许多能源资源、负载和能量存储设备中构建一个能够灵活变换动力的电力系统，以便更有效地利用电能尤为重要。关于电网系统的若干研究报告47已经发表，但是这些报告没有充足的实验验证路由器和变换器不论在直流电路还是交流电路进行能量变换和能够轻易构建电网的功能。图1Y型电力路由器在未来的应用针对这种情况，为了满足不同用户的需要，我们提出一种Y型电力路由器，它可以作为一个系统元件轻松构建配电系统。这种提到的路由器基于一个双向隔离式直流/直流变换器89作为一个核心单元和交流/直流变换器，这种路由器可以在三个方向上分配电能，无论在交流电路还是直流电路都能进行能量变换。此外，通过简单修改控制软件，许多不同的负荷、能源资源和能量存储设备能连接到路由器。我们制作了一个三路隔离式直流/直流变换器模型，它是Y型电力路由器的核心部件，而且我们还检测过它的潮流控制操作。在本文中，我们通过利用模型，描述了潮流控制控制方程的有效性，而且解释了路由器进行潮流控制。此外，正如Y型电力路由器的一个应用，我们提出在电力配电网中环，将树拓扑结构转换成环拓扑结构，如图1所示。当大量的分布式电源与系统连接时，它会使电压控制变得困难。然而，通过把Y型电力路由器并到系统，能够调节各地区的需求平衡。由于多电源供应线路被快速保护，一个在灾害时仍稳定的电网结构能被建立。因此，通过并入Y型电力路由器维持系统的安全与稳定是可行的。这使得在配电网中进入发电厂与电网（PPS）和连接分布式电源比之前的拓扑结构更容易。在文中，我们提出Y型电力路由器组成和解释三路隔离直流/直流变换器的一种控制方法，包括一个潮流函数。第2章介绍Y型电力路由器组成部分而且给出一个概述。在第3章中，我们展示三路隔离式直流/直流变换器的电路结构，它是Y型电力路由器的一个基本组成部分，而且解释控制方程和潮流控制方法。第4章借助于模型介绍实验方法，用于验证控制方程和控制方法的有效性。额定电压250V、额定功率5kV的样机潮流结论写在第5章，第6章我们做一个简要的总结。2.Y型电力路由器的组成图2表示Y型电力路由器对三路中任一路的控制方向进行潮流控制，无论直流电路还是交流电路。它是由一个三路隔离式直流/直流变换器和交流/直流变换器连接到三路变换器每个I/O端口末端。电力变换功能通过三路隔离式直流/直流转换器实现，这是Y型电力路由器的一个核心单元。所有的端口都由变压器电气隔离。它使得3个I/O端口之间保持电气绝缘，而且随意控制潮流的大小和方向，从而使三个端口能进行电力变换。图2Y型电力路由器此外，该电源路由器不但分配任意功率，而且能够按照网络连接的情况控制功率因数和任意频率，同时用一个交流/直流变换器连接到电网维持电网电压的恒定。图3三路隔离式直流/直流变换器3.三路隔离式直流/直流变换器的控制方法A)相移控制管理潮流图3表示三路隔离式直流/直流变换器，它是Y型电力路由器核心部分。路由器的潮流取决于变换器，在此，表示开关频率，、和指的是连接到端口的外部123电感，当初级端口全桥单元控制信号的相位是参考值时，初级和次级端口的相移控制信号被记为rad，初级端口和第三端口控制信号的相移被记为。23假设每一个直流电压V都相同和忽略电路的总功率损耗，每一个端口的传送功率为这些方程满足，而且每个进入三绕组变压器传送功率流动方向定为正230极，、和分别表示初级传输功率、次级传输功率和第三级传输功率，然而，这123些方程不足以表示潮流所有情况，我们也需要考虑在的情况下对应的方320程，因此，我们用另外一组条件为控制方程的假设。320B)确定相移控制潮流的方法本节描述一种在开环控制下管理潮流的控制方法。我们关注和的潮流控制。12为了达到和的功率要求，需要确定和满足（1）式和（2）式，为了确定这些1223参数，我们需要解决一个含两个变量的二次方程。一般情况下，二次方程最多有四种解决方案。然而，其中的一些解决方案会带来了较大的阻力损耗。当选择更高的和2时，峰值电流会流到外部，漏抗会更高，而且阻力损耗更大，因此，通过多种方3法，选择是最接近原点的平面，三路隔离式直流/直流变换器可以在开环控制下23以最小阻力损耗进行潮流控制，在接下来的几章，我们提议相移的单位为度。4.系统实验我们进行了三路变换器潮流控制操作实验，来验证潮流控制方法的有效性。这个样机额定功率为5kW，一、二次绕组和一、三次绕组的匝数比为1:1:1，匝数为16匝。展示了该样机当外部电感设置为相同值（实验A）和不同值（实验B）的性能状况。在实验A中，外部电感被设定为，在实验B中，1=2=3=57.91，表1表示我们制作的三路隔离式直流/直流变=55.72=72.73=87.2换器的电路参数。、和的平均传送功率用功率分析仪（横河WT210数字功率计）进行测量。123使用直流电容器CDC是为了吸收高频交流纹波电流。直流电压和直流电容器之间的电流iDC1，iDC2和iDC3被测量，传送功率由电流计算图3的电压1，2和3以及电流i1，i2，i3的波形用示波器（TektronixTDS5034B)测量。电压1、2和3及电流i1，i2，i3被设定为正极方向，如图3所示。为了验证理论方程，相移是固定值30，相移从030每次改变5。此外，当实验A23和实验B的功率被固定在某个数值以及功率任意分布在二、三端口时，为了验证任1意功率分布的功能，每个端口的传送功率都要被测量。5.实验结果A)相同外部电感的情况（实验A）在本章，当每个外部电感值相同时，我们列出三路隔离式直流/直流变换器潮流控制的结果。图4展示了当相移是固定值30，相移从030每次改变5，和23外部电感时的实验和理论结果。测量的传送功率、和接1=2=3=57.9123近于理论值，这意味着我们基于方程（1）（3）的潮流控制方法是有效的。图5表示当电压V=250V，=30和=20时电压1=2=3=57.9231，和以及电流i1，i2，i3的测量波形。在此我们关心电流i3的突起（图5被包围部23分），这是三路变换器的的内在特性。初级电压高于次级电压和三级电压，因123此电流i1升高，电流i2，i3降低。其次，三级电压被调高之后，电流i1和i3升高，电3流i2降低，因为初级电压和三级电压均高于次级电压。与此同时，初级电压和112三级电压是彼此相等。他们也高于初级电压，使电流i1的梯度变化较为平缓，电流i2的梯度变化更明显。由于这些现象，电流i3形成突起。在次级电压被调高之后，所2有的电压，和都是相同的，所以电流通过外部电感保持恒定。然而，电流的绝123对值由于电感的寄生电阻略微减小。这些实验结果表明，三路变换器能够正常运行。表1电路参数DCvoltageV250VRatedpowerPR5kWDCcapacitorCDC3mFNumberofturnsn16Switchingfrequencyfsw10kHzTransformerturnratioN1:1:1MagnetizinginductanceLm1.1mHTransformercorematerialAmorphousExternalinductanceLe1Le2Le354.7H55.7H59.7HLeakageinductanceLl1Ll2Ll31.3H1.4H0.6HExternalinductanceLe1Le2Le355.7H72.7H87.2H图4当电压V=250V，=30时传送功率和的关系1=2=3=57.923接着，在初级传动功率在（）是固定值，每一个外部电感值相同时，我们进行1了一项实验来证明三端口之间的潮流控制，表2表示当U=250V，1=2=3和=2.5kW时，满足控制方程*和*指定值的最佳相移。此外，图6表=57.9112示当传送功率固定在2.5kW，次级端口和三级端口传送功率的测量结果和理论结1果。在图6，我们证实了理论传送功率*和*接近实验传送功率和。从这些结2323果可知，在是固定值的条件下，我们确定了潮流控制的基本操作。1图5当电压V=250V，=30和=20时的测量波形1=2=3=57.923表2符合功率指定值（*=2.5kW）的相移1TheoreticaltransmissionpowerkWPhaseshiftP1*P2*P3*232.52.501.51.014.42.010.916.32.502.59.103.07.34.03.705.00.0030.0图6当电压V=250V，和=2.5kW时实验值和理论值1=2=3=57.91B）不同外部电感的情况我们也验证了当每个外部电感是一个不同值时，在三路变换器中的潮流控制。图7表示当固定为30和从030每次改变5和外部电感定为，231=55.7，时，、实验值和理论值。图8表示当V=250V，2=72.73=87.2123，时，电压，和电流i1，i2，i3的测量1=55.72=72.73=87.2123波形。电流i1，i2，i3的波形展示相同的外部电感的情况下的相同的操作。我们也证实，在不同外部电感情况下潮流满足（1）（3）和三路隔离式直流/直流变换器正常运行。然后，我们在主传送功率（）固定和每一个外部电感值不同时进行一个实验来证1明三端口间的潮流控制。表格3表示的是当V=250V，1=55.72=72.7和=2.5kW时，满足控制方程*和*指定值的最佳相移，此外，图93=87.2112表示当传送功率固定为2kW时次级端口和三级端口传送功率的测量值和理论值。我1们确定理论传送功率*和*接近实验传送功率和。从这些结果，我们确定了三2323个端口间的潮流控制的基本操作。潮流测量点几乎和这些理论点相同，如图4，6，7，9所示，因此，实验结果无论外部电感设置为相同或不同的值，表明我们基于控制方程的方法对潮流控制是正确的。图7当电压V=250V，=30时传送功率和的关系1=2=3=57.923图8当V=250V，=30和=20时的1=55.72=72.73=87.223测量波形图表3符合功率指定值（*=2.5kW）的相移1TheoreticaltransmissionpowerkWPhaseshiftP1*P2*P3*232.02.001.01.011.612.52.002.07.