非隔离双向四端口直流变换器及其控制策略研究

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.201702043

中国电力 ›› 2018, Vol. 51 ›› Issue (10): 56-63.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201702043

非隔离双向四端口直流变换器及其控制策略研究

崔红芬, 姚良忠, 桑丙玉, 杨波, 陶以彬

中国电力科学研究院有限公司, 江苏南京 210003

收稿日期:2017-02-14 修回日期:2018-04-03 出版日期:2018-10-05 发布日期:2018-10-12
作者简介:崔红芬(1984-),女,工程师,从事柔性直流输电技术、分布式新能源并网技术研究,E-mail:cuihongfen@epri.sgcc.com.cn;姚良忠(1961-),男,高级工程师(教授级),博士生导师,从事电力系统分析及大型风电场并网技术研究,E-mail:yaoliangzhong@epri.sgcc.com.cn;桑丙玉(1983-),女,工程师,从事分布式发电与微网、储能优化配置与控制研究,E-mail:sangbingyu@epri.sgcc.com.cn;杨波(1977-),男,硕士,高级工程师,从事电力系统储能应用、新能源发电技术研究,E-mail:yangbo@epri.sgcc.com.cn;陶以彬(1977-),男,高级工程师,从事现代电力电子技术、微电网技术及电力储能技术研究,E-mail:taoyibin@epri.sgcc.com.cn
基金资助:
国家电网公司科技项目（新能源发电基地多电压等级直流汇集网及运行控制技术研究，NY71-16-044）。

Research on Non-Isolated Bidirectional Four-Port DC-DC Converter and Its Control Strategy

CUI Hongfen, YAO Liangzhong, SANG Bingyu, YANG Bo, TAO Yibin

China Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, China

Received:2017-02-14 Revised:2018-04-03 Online:2018-10-05 Published:2018-10-12
Supported by:
This work is supported by Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (Research on Multi-Voltage Level DC Collection Network and Operation Control Technology of Renewable Energy Generation Base, No.NY71-16-044).

摘要/Abstract

摘要： 针对多端直流输电系统中的潮流汇集、分配以及电压变换需求，提出了一种基于双向buck+boost变换器的非隔离双向四端口直流变换器。所提出的直流变换器只需经过DC-DC单级升降压变换，提高了变换器的效率和功率密度；相对于传统多端口变换器通过公共交流母线或公共直流母线连接的方案，该变换器无需采用母线电容和交流变压器，降低了变换器体积和成本，提高了系统可靠性；该变换器中任意一个输入到输出端口之间均构成一个双向buck+boost变换器单元，各个单元在功率回路不存在相互耦合，控制更易实现。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了四端双极柔性直流输电系统仿真模型，对直流变换器潮流分配和电压变换功能进行了仿真分析，并研制了双极四端口直流变换器原理样机，进行了相应的动模实验验证。仿真和动模实验结果表明，该直流变换器能够有效实现直流潮流分配和电压变换功能。

关键词: 潮流分配, 直流变换器, 双极直流电网, 柔性直流输电, 双向buck+boost变换器

Abstract: The paper proposes a non-isolated four-port bidirectional DC converter based on bidirectional buck-boost converter, to accommodate the needs of power flow confluence, distribution and voltage conversion. The proposed DC converter enhances the efficiency and power density by achieving voltage step-up through a single process. Compared with the conventional practice where multi-port converters are connected with a common AC or DC bus, the proposed design sees reduction in both volume and costs and improvement in reliability by eliminating the DC capacitor and AC transformer. In the converter, any selected pair of input and output ports can be considered as a buck-boost unit, there is no coupling among different units in terms of power circuits. Therefore, it is easy to be realized. After analyzing the operational mechanism of the proposed DC converter, a four-terminal bipolar DC transmission system is established in PSCAD/EMTDC, to demonstrate and validate the effectiveness of the proposed DC converter. An example device is also developed for the purpose of further validation. Simulation results suggest that the proposed DC converter can perform the task of power flow distribution and voltage step-up.

Key words: power flow regulation, DC-DC converter, bipolar DC grid, flexible HVDC, bidirectional buck-boost converter

中图分类号:

TM46

崔红芬, 姚良忠, 桑丙玉, 杨波, 陶以彬. 非隔离双向四端口直流变换器及其控制策略研究[J]. 中国电力, 2018, 51(10): 56-63.

CUI Hongfen, YAO Liangzhong, SANG Bingyu, YANG Bo, TAO Yibin. Research on Non-Isolated Bidirectional Four-Port DC-DC Converter and Its Control Strategy[J]. Electric Power, 2018, 51(10): 56-63.

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参考文献

[1] 刘振亚, 张启平, 董存, 等. 通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(16):2513-2522 LIU Zhenya, ZHANG Qiping, DONG Cun, et al. Efficient and security transmission of wind photovoltaic and thermal power of large-scale energy resource bases through UHVDC projects[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(16):2513-2522
[2] 高超, 郭强, 周勤勇, 等. "十三五"电力规划中新能源大规模外送的安全稳定问题[J]. 中国电力, 2017, 50(1):37-42 GAO Chao, GUO Qiang, ZHOU Qinyong, et al. The security and stability problems of large-scale outbound power transmission of renewable energy in the 13th five year power plan[J]. Electric Power, 2017, 50(1):37-42
[3] 姚良忠, 吴婧, 王志冰, 等. 未来高压直流电网发展形态分析[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(34):6007-6020 YAO Liangzhong, WU Jing, WANG Zhibing, et al. Pattern analysis of future HVDC grid development[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(34):6007-6020
[4] 温家良, 吴锐, 彭畅, 等. 直流电网在中国的应用前景分析[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(13):7-12 WEN Jialiang, WU Rui, PENG Chang, et al. Analysis of DC grid prospects in China[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(13):7-12
[5] 周孝信, 鲁宗相, 刘应梅, 等. 中国未来电网的发展模式和关键技术[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(29):4999-5008 ZHOU Xiaoxin, LU Zongxiang, LIU Yingmei, et al. Development models and key technologies of future grid in China[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(29):4999-5008
[6] 汤广福, 罗湘, 魏晓光. 多端直流输电与直流电网技术[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(10):8-17 TANG Guangfu, LUO Xiang, WEI Xiaoguang. Multi-terminal HVDC and DC-grid technology[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(10):8-17
[7] 徐殿国, 刘瑜超, 武健. 多端直流输电系统控制研究综述[J]. 电工技术学报, 2014, 34(29):5051-5062 XU Dianguo, LIU Xuchao, WU Jian. Review on control strategies of muti-terminal direct current transmission system[J]. Transaction of China Electrotechnical Society, 2014, 34(29):5051-5062
[8] 孙文博, 徐华利, 付媛, 等. 应用于大型风电基地功率外送的多端直流输电系统协调控制[J]. 电网技术, 2013, 37(6):1596-1601 SUN Wenbo, XU Huali, FU Yuan, et al. Coordinated control of multi-terminal DC transmission system to send out power from large-scale wind farm[J]. Power System Technology, 2013, 37(6):1596-1601
[9] 张文亮, 汤涌, 曾南超. 多端高压直流输电技术及应用前景[J]. 电网技术, 2010, 34(9):1-6 ZHANG Wenliang, TANG Yong, ZENG Nanchao. Multi-terminal HVDC transmission technology and its application prospects in China[J]. Power System Technology, 2010, 34(9):1-6
[10] FALCONES S, AYYANAR R, MAO X. A DC-DC multiport converter based solid state transformer integrating distributed generation and storage[J]. IEEE Trans on Power Electronics, 2013, 28(5):2192-2203.
[11] ENGEL S, STIENEKER M, SOLTAU N, et al. Comparision of the modular multilevel DC converter and the dual-active bridge converter for power conversion in HVDC and MVDC grids[J]. IEEE Trans on Power Electronics, 2015, 30(1):124-137.
[12] JOVCIC D, LIN W. Multiport high-power LCL DC hub for use in DC transmission grids[J]. IEEE Trans on Power Delivery, 2014, 29(2):760-768.
[13] 苗璐, 林卫星, 姚良忠, 等. 多端口背靠背式直流-直流换流系统[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(5):1023-1031 MIAO Lu, LIN Weixing, YAO Liangzhong, et al. Multiport back to back DC-DC converting systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(5):1023-1031
[14] 林卫星, 文劲宇, 程时杰. 多端口直流-直流自耦变压器[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(3):727-734 LIN Weixin, WEN Jinyu, CHENG Shijie. Multiport DC-DC autotransformer[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(3):727-734
[15] CHEN W, HUANG A, LI C, et al. Analysis and comparison of medium voltage high power DC/DC converters for offshore wind energy systems[J]. IEEE Trans on Power Electronics, 2013, 28(4):2014-2023.

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[1]	赵静波, 李文博, 朱鑫要, 孙庆斌, 郝全睿. 海上风电经柔直送出系统受端扰动自适应控制策略[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 26-38.
[2]	周啸, 阳岳希, 寇龙泽, 李云丰, 钱学威, 郝捷, 景卫哲. 模块化多电平柔性直流换流器高频振荡抑制策略与参数优化设计[J]. 中国电力, 2025, 58(1): 50-60.
[3]	刘钟淇, 刘耀, 侯金鸣. 以深远海风电为核心的能源岛能源外送经济性分析[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 94-102.
[4]	彭茂兰, 冯雷, 王宇, 徐李清, 赵薇, 郭春义. 基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略[J]. 中国电力, 2024, 57(4): 171-181.
[5]	李奇南, 夏勇军, 张晓林, 孙宝奎, 孙华东, 张帆, 李兰芳, 杨岳峰, 韩情涛. 渝鄂柔性直流输电系统中高频振荡影响因素及抑制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(7): 11-21.
[6]	杨岳峰, 王晓晗, 王玮, 施秀萍, 赵彩萍. 柔性直流换流阀监视系统关键技术及工程化应用[J]. 中国电力, 2021, 54(4): 168-174.
[7]	夏仕伟, 高晨祥, 孙昱昊, 冯谟可, 赵成勇, 许建中, 程亭婷, 谷怀广. 含多种限流设备的柔性直流电网RT-LAB实时仿真建模[J]. 中国电力, 2021, 54(10): 28-37.
[8]	刘卫东, 李奇南, 王轩, 张帆, 李兰芳, 燕翚. 大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望[J]. 中国电力, 2020, 53(7): 55-71.
[9]	乔丽, 谢剑, 李云鹏, 郭春义. 高压柔性直流换流阀工业设计[J]. 中国电力, 2020, 53(12): 198-205,222.
[10]	李安琦, 邓二平, 任斌, 赵雨山, 赵志斌, 黄永章. 不同结构压接型IGBT器件压力分布对比[J]. 中国电力, 2019, 52(9): 11-19,29.
[11]	罗映红, 许义佳, 史彤彤, 刘运华. 具有直流故障阻断能力的混合型模块化多电平换流器[J]. 中国电力, 2018, 51(5): 1-9.
[12]	荣飞, 王亚洲, 饶宏, 周保荣, 李鸿鑫, 李文君. 柔性直流输电系统换流器损耗与电压等级的关系研究[J]. 中国电力, 2018, 51(12): 48-55.
[13]	魏文辉, 周书进, 陈郑平, 赵云军, 李国栋, 金一丁, 夏继红. SG-OSS DTS中柔性直流输电系统仿真模型与算法的研究与实现[J]. 中国电力, 2016, 49(9): 56-61.
[14]	华文，凌卫家，黄晓明，裘鹏，陆翌，于淼，卢岑岑. 舟山多端柔性直流系统在线极隔离试验[J]. 中国电力, 2016, 49(6): 78-82.
[15]	俎立峰，胡四全，吉攀攀，李坤，冯敏，马俊杰. 一种适用于高电压等级的MMC子模块均压算法[J]. 中国电力, 2016, 49(2): 118-121.

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