12、微电网电力系统中变换器的建模与应用

微电网电力系统中变换器的建模与应用

在现代电力系统中，微电网作为一种集成分布式能源的有效方式，正发挥着越来越重要的作用。其中，脉冲宽度调制（PWM）整流器、逆变器、DC/DC 变换器等电力电子设备在微电网的稳定运行和高效能量转换中起着关键作用。本文将深入探讨这些变换器的原理、特性以及在微电网中的应用，并通过具体的例子和计算来加深理解。

1. PWM 整流器

PWM 整流器在三相 AC/DC/AC 系统中应用广泛，它具有直流电压升压和调节、输入功率因数校正以及输入电流谐波控制等能力。然而，直流母线电压通常包含显著的二次谐波分量，这会影响整流器控制器的电压环，特别是在控制增益较高时。

三相 AC/DC/AC 电压刚性系统由前端整流器、带电容的直流链路和逆变器组成，广泛应用于电机驱动、在线不间断电源（UPS）和分布式发电系统中。整流器控制器有两个反馈回路：外部电压环和内部电流环，电压调节器生成电流指令，用于调节电流和控制功率因数。

在正常运行条件下，作为分布式发电中的直流电源，稳态直流母线电压需要保持在额定值加上可接受的变化范围内，这由直流母线存储系统支持。但当逆变器输出功率因负载周期变化或不平衡而改变时，输出功率不再恒定，导致直流链路电压波动。因此，需要解决两个控制问题：一是存储系统要将直流母线电压保持在可接受范围内；二是控制逆变器向电网提供有功和无功功率。

微电网分布式发电（DG）系统中，假设可变频率功率由风电场或高速微型涡轮机产生，产生的交流电被整流并存储在高功率密度电容器或存储设备中。DG 的控制目标是消除三相逆变器负载不平衡对前端输入电流的影响，同时保证单位功率因数和快速的直流母线电压调节以应对负载干扰。

2. 三