模塊化多電平中低壓直流變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、新能源的大規(guī)模利用、網(wǎng)側(cè)負荷結(jié)構(gòu)的變化以及電力電子換流技術(shù)的快速發(fā)展，使得直流電網(wǎng)的優(yōu)勢日益凸顯。目前，產(chǎn)學(xué)界已對直流電網(wǎng)的穩(wěn)定性、故障保護、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等問題展開研究，并已報道了諸多直流電網(wǎng)的試點工程。為了實現(xiàn)不同電網(wǎng)之間的高效互聯(lián)以及電能的智能管理，直流變壓器的研究在國內(nèi)外得到廣泛關(guān)注，并成為電工技術(shù)研究的熱點之一，因此本文圍繞著中低壓直流變壓器應(yīng)用中的若干關(guān)鍵問題開展了深入研究和探討。
　　相比于硅基IGBT，碳化硅MOSF

2、ET開關(guān)損耗低，速度快，應(yīng)用在直流變壓器中，可將隔離頻率推高到聲頻范圍以上，大幅度降低噪音，并提高變流器性能。為了利用碳化硅MOSFET的寄生二極管作電路中的續(xù)流二極管，以降低成本和器件封裝難度，本文從關(guān)斷電壓、關(guān)斷電流、電流變化率和結(jié)溫四個方面系統(tǒng)地評估了其寄生二極管的反向恢復(fù)特性，并跟碳化硅肖特基二極管和硅基p-i-n二極管進行了對比分析。
　　針對直流變壓器的應(yīng)用，產(chǎn)學(xué)界已開展了諸多研究。受限于功率半導(dǎo)體器件的電壓等級，目前

3、直流變壓器的解決方案中常采用多個高頻變壓器實現(xiàn)不同電網(wǎng)間的電氣隔離和電壓匹配，造成變壓器加工成本高、整機體積大等問題，影響了直流變壓器的工程應(yīng)用前景。針對上述不足，本文針對中低壓直流變壓器應(yīng)用提出了一種隔離型能量雙向流動的模塊化多電平DC/DC電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了中壓直流和低壓直流間的轉(zhuǎn)換。該結(jié)構(gòu)中壓側(cè)采用模塊化級聯(lián)的方式構(gòu)成高壓換流閥，克服了功率半導(dǎo)體器件耐壓不足的問題，而后借助一個雙繞組的高頻變壓器實現(xiàn)電氣隔離和電壓轉(zhuǎn)換。模塊化的結(jié)構(gòu)有

4、利于批量生產(chǎn)和成本控制，同時電壓調(diào)制自由度高，控制靈活。單個變壓器容量大，結(jié)構(gòu)簡單，有利于降低變壓器體積和加工成本。為了實現(xiàn)輸出功率的連續(xù)調(diào)節(jié)和級聯(lián)模塊的電壓均衡，本文提出了一種雙移相的控制策略。通過原副邊電壓的移相控制實現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)，有效利用了變壓器漏感能量，同時實現(xiàn)了器件的軟開關(guān)，降低了開關(guān)損耗。通過級聯(lián)模塊輸出電壓間的移相控制保證了各模塊之間的電壓均衡，控制簡單，并且在不增加開關(guān)頻率的情況下，各模塊電壓實現(xiàn)快速均衡。本文設(shè)計制

5、作了基于碳化硅器件的實驗樣機，對所提出的電路結(jié)構(gòu)和控制策略進行了驗證分析。
　　在雙移相控制下，為了簡化各模塊間的電壓均衡控制，變流器的電壓增益須小于一個臨界值，壓縮了變流器的優(yōu)化空間。為了克服該電壓增益受限的問題，同時具有雙移相控制的諸多優(yōu)點，本文提出了一種占空比控制的均壓策略。變流器的輸出功率仍通過變壓器原副邊電壓的移相角控制，但級聯(lián)模塊輸出電壓的占空比不再恒定在50％，而是進行了占空比調(diào)制，以此來調(diào)節(jié)模塊電容的充放電狀態(tài)，實