基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究
过亮1，2，陈志强1，2*，曲慧星1，2，吕振华3，李群
1．南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司）；2．国电南瑞科技股份有限公司；3．国网江苏电力有限公司电力科学研究院
原文发表在《全球能源互联网》2024年第3期“双碳”目标下的新型电力系统规划与运行专题中，欢迎点击品读。本文受国家电网公司科技项目（5100-202258276A-2-0- XG）资助。
文章导读
光伏、海上风电等新能源场站的直流汇流应用得到越来越多的关注，在新能源发电低压输入中高压汇流输出的场合，为了提升直流输电电压并进一步减小器件应 力，多采用输入并联输出串联（IPOS）结构。这种结构由于模块间器件参数误差，导致各模块存在电压电流不均衡的问题，影响整个功率变换系统的稳定运行。为此提出了面向直流汇流应用的IPOS多模块谐振变换器的改进下垂控制均衡方法，各模块间无需加入通信就实现各模块的输出电压和功率的完全均衡，改进了传统下垂控制电压与参考值不符的问题，并进一步提升了系统的动态响应性能。
研究成果
01
通过采集系统的输入电压以及各模块的输出电压对各模块进行控制，使用了下垂控制从而实现了系统输出均压。
02
提出自适应电压基准的补偿策略补偿了下垂控制的电压降落。实现良好的无互联均衡控制，软开关及良好的动态响应。
主要内容
由图1可知，在器件参数存在差异的情况下，IPOS系统内直流变换器增益存在严重差异，需要引入均衡控制算法去分担输出电压的不平衡。
⬆ 图 1 不同电容误差下的LLC谐振变换器直流增益曲线
图2可以观察到，在未使用改进下垂控制进行均衡前（即未采用任何均衡方式），各模块 间的不均衡度在0.08~0.12之间，并且该不均衡度会随着系统输入电压的增加而增加。在使用改进下垂控制进行均衡后，各模块间的不均衡度会维持在0.01左右，使各模块间的输出电压趋于相等，并且该不均衡度不随着系统输入电压的增加而增加，由此可见该改进下垂均衡控制的优势明显。
⬆ 图 2 改进下垂均衡控制前后系统不均衡度对比
图3显示系统闭环控制后模块1的电压电流波形，由该图可以看出该电路实现了软开关，即原边的零电压开通（ZVS）。可以看到LLC电路相较于其他电路具有效率高、控制方式多样的优势。
⬆ 图 3 LLC移相控制的软开关波形
图4显示系统使用改进下垂控制在输入电压突增时的电压电流波形图，当输出电压由450 V上升到600 V 时，各模块输出电压实现了均衡控制。此时输入电压为36 V，在输出电压调压基准改变时，各模块输出在保证均压的同时，输出电压在调压前后都没用偏离预设值，可见自适应系数k作用，修正了IPOS系统的电压降落。
⬆ 图 4 改进下垂输出电压突增时波形图
图5为输出电压为450 V时负载由1350 W跳变为 1700 W时的电压电流波形。此时各模块的输出电压没有变化且保持均衡，系统输出电流由3 A跳变到3.8 A。
⬆ 图 5 负载突增时的电压电流波形图
图6为负载从1700 W跳变为1350 W电压电流波形，各模块输出电压依旧保持不变，系统输出电流 由3.8 A跳变到3 A。由此可见，使用下垂均压控制后，即使出现电压突变与负载跳变的情况，该IPOS系统的输出电压仍能保持良好的均衡，从而实现输入电流的均衡，且系统的输入电压稳定在设定的电压值，实现了动态响应良好的均衡控制效果。
⬆ 图 6 负载突降时的电压电流波形图
本文引文信息
过亮，陈志强，曲慧星，等. 基于改进下垂控制的多模块谐振变换器均衡控制策略研究[J].全球能源互联网，2024，7(3):348-355.
GUO Liang, CHEN Zhiqiang, QU Huixing, et al. Research on balanced control strategy of multi-module resonant converter based on improved droop control[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2024, 7 (3): 348-355(in Chinese).
研究团队
南瑞集团有限公司作为国内优秀的智能成套装备及整体解决方案提供商，参与相关国家重点研发计划、国网科技项目多项。作为核心支撑单位，南瑞集团有限公司电控分公司完成多项重点项目可研编制、技术方案制定、成套设计研究等工作。电控分公司在发电机励磁、新能源并网、电能治理、电能替代等电力电子技术应用领域积累丰富的研究经验和技术积累。
作者简介
过亮
高级工程师
主要从事电力电子与新能源并网工作。
E-mail：guoliang@sgepri.sgcc.com.cn
陈志强
工程师
主要从事电力电子与新能源并网工作。
E-mail：chenzhiqiang1@sgepri.sgcc.com.cn
曲慧星
工程师
主要从事电力电子与新能源并网工作。
E-mail：quhuixing@sgepri.sgcc.com.cn
吕振华
工程师
主要从事新能源并网技术研究工作。
E-mail：lvzhenhua3520@163.com
李群
研究员级高级工程师
主要从事柔性输电技术、FACTS技术在电力系统中的应用、新能源并网技术相关工作。
E-mail：Qun_li@sina.com
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编辑：张鹏
审核：周舟
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