[发明专利]一种基于混合器件的光-储分布式系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合器件的光‑储分布式系统的控制方法，包括有功‑频率控制环节、无功‑电压控制环节以及耦合补偿环节；在有功‑频率控制环节中考虑电压偏差耦合，在无功功率控制环节考虑角频偏差耦合，耦合补偿环节用于通过电压偏差和角频率偏差分别补偿有功‑频率控制环节和无功‑电压控制环节来实现下垂控制的三维化控制，以有效实现解耦。本发明具有实现逆变单元间功率的稳定调节、提升系统电磁兼容性能、安全可靠性等优点。

技术领域

本发明主要涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于混合器件的光-储分布式系统的控制方法。

背景技术

功率半导体器件目前正从传统工业制造和4C产业向新能源、电力机车、智能电网等新领域发展。鉴于功率半导体器件在发电、输配电和电力使用等整个电能供应链中发挥了全方位的关键性作用。然而我国无论技术还是产能都处于落后阶段，作为世界工厂，其需求却领衔全球，呈现出巨大的供需缺口，主要依赖进口来满足。因此研究具有低损耗、高频率、高可靠性、大容量的新型功率半导体器件对我国功率半导体器件技术的发展和产业化有着至关重要的作用，也是推动功率半导体器件行业及其应用领域增速发展的重要环节。

近年来，日益复杂的工况和应用环境对电能变换装置的功率密度、功率容量、效率和可靠性等综合性能提出了更加苛刻的要求，功率半导体器件作为电能变换装置的核心，很大程度上决定着装置性能的好坏。传统的Si基功率半导体器件及其材料已经接近物理极限。而SiC MOFET因其开关速度快、开关损耗小和耐高温等优良特性，有望在推动电能变换装置向小型化、轻量化、高效率等方面得到快速的发展，在部分领域已经有替代Si IGBT的趋势。然而，现阶段商用SiC MOSFET的额定电流仍相对较低，相比同等电气规格Si IGBT价格也偏高，且其可靠性与Si IGBT相比也存在一定差距。此外，SiC MOSFET具有更高的dv/dt和di/dt，会给电力电子装置带来更严重的电磁干扰问题，严重威胁其安全性和可靠性。虽然Si IGBT和SiC MOSFET两个市场竞争逐渐变得激烈，但SiC MOSFET现阶段甚至在将来一段时间内也难以完全占领Si IGBT的市场。

为有效解决单个器件存在的不足，美国田纳西大学Fred Wang教授团队和美国俄亥俄州立大学Fang Luo教授团队于2015年首次报道了具有更高性价比(Cost-effective)的Si/SiC混合器件。该混合器件采用小芯片面积、低电流等级的SiC MOSFET与大芯片面积、高电流等级的Si IGBT进行组合，在改善器件性能的同时兼顾了器件成本的少量增加，初步探讨了混合器件性能与价格的折衷优化。因此，采用Si/SiC混合器件的电能变换器能满足新能源发电、电动汽车、航空航天等领域对低成本、高功率密度、大容量、高效率和高可靠性电能变换装置的需求。

上述Si/SiC混合器件的电能变换器在光-储分布式系统中已有应用，其中Si/SiC混合器件的电能变换器作为逆变器进行电能的转换，但是在实际应用时，仍然存在以下问题：

1、角频率和电压变化导致的电网波动问题

在实际的电网中，由于电力系统本身的多样性和电力系统负载的复杂性，导致了电力系统中存在着许多可能导致角频率或者电压波动引起的电能质量问题。这不仅降低了电力系统的可靠性，而且可能会引发一些危险的事故，给电力用户带来潜在的威胁。传统下垂控制忽略了功率耦合的影响，在调节过程中功率耦合是不可控的。不可控功率在电源特性不同时增大了功率调节的差异，在逆变器并联时降低了功率调节的精度以及功率分配的精度，降低了微电网的稳定性和效率。除此之外，传统的下垂控制还缺乏足够的惯性。角频率惯性和电压惯性的缺乏意味着角频率和电压容易受到功率波动的影响，因此当系统中存在功率波动时，系统的稳定性和动态性能会降低。如何克服传统下垂控制的局限性，提高系统的稳定性和改善系统的动态特性，是一个很关键的问题。

2、光-储微网中的EMI问题