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1、固態(tài)變壓器是將變壓器技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種智能化電力變壓器,它通過(guò)電力電子變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換和能量傳遞。固態(tài)變壓器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)變壓器的功能,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流和輸出電壓的靈活控制以及功率因數(shù)的任意調(diào)節(jié)。此外,其提供的交直流接口,能可靠地將分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)。固態(tài)變壓器的特點(diǎn)是兼容性強(qiáng)、功率密度高、智能化程度高。鑒于以上優(yōu)點(diǎn),將固態(tài)變壓器用于配電網(wǎng)建設(shè),既能提高系統(tǒng)可控性、改善電能質(zhì)量,又能實(shí)現(xiàn)新能源的并網(wǎng),加速
2、智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。作為一種新型的電力設(shè)備,其理論和實(shí)際應(yīng)用研究都還不夠完善。因此,本文選取帶有直流環(huán)節(jié)的固態(tài)變壓器整流級(jí)和逆變級(jí)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,就如何根據(jù)固態(tài)變壓器的特點(diǎn),使電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求,對(duì)整流級(jí)和逆變級(jí)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。
本文在分析未來(lái)電網(wǎng)建設(shè)對(duì)電力變壓器功能要求的基礎(chǔ)上,分析了固態(tài)變壓器的性能優(yōu)點(diǎn),闡述了其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向,根據(jù)現(xiàn)有方案的對(duì)比,選取了
3、帶直流環(huán)節(jié)的三級(jí)固態(tài)變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),明確各級(jí)電路功能;根據(jù)電網(wǎng)和用戶的要求,求取固態(tài)變壓器的等效模型,為后續(xù)內(nèi)容的深入研究提供了基礎(chǔ)。對(duì)固態(tài)變壓器整流級(jí)系統(tǒng)作了具體的設(shè)計(jì)研究。在明確固態(tài)變壓器整流級(jí)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,建立了不同坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型,制定了在固定開(kāi)關(guān)頻率下直流電壓外環(huán)和網(wǎng)側(cè)輸入電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。對(duì)電流環(huán)進(jìn)行前饋解耦,簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了電壓電流雙閉環(huán)控制器。提出了負(fù)載電流前饋控制方案,以改善系統(tǒng)抗擾動(dòng)性;簡(jiǎn)述了三
4、相軟件鎖相環(huán)原理,并設(shè)計(jì)了控制參數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:整流級(jí)系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)電流具有良好的正弦特性,相位與電網(wǎng)電壓同步;輸出側(cè)電壓穩(wěn)定,且具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)性。說(shuō)明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性。建立了固態(tài)變壓器逆變系統(tǒng)的空間狀態(tài)模型和小信號(hào)模型,獲取其等效電路模型;制定了輸出電容電壓外環(huán)電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略;并通過(guò)電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的解耦,簡(jiǎn)化了電路模型,并推導(dǎo)了控制變量到輸出的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)了控制器參數(shù)。對(duì)該固態(tài)變壓器逆變級(jí)系統(tǒng)分
5、別進(jìn)行了開(kāi)環(huán)和雙閉環(huán)仿真和實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在雙閉環(huán)控制下的逆變級(jí)系統(tǒng),負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng),輸出電壓穩(wěn)定可靠,抗擾動(dòng)性強(qiáng)。設(shè)計(jì)了以TMS320F28335為控制核心的硬件系統(tǒng)平臺(tái)??刂齐娐分饕ㄐ盘?hào)檢測(cè)調(diào)理電路、輔助電源電路、故障保護(hù)電路等。選取了主電路的參數(shù),包括整流級(jí)輸入側(cè)電感、輸出側(cè)電容,逆變級(jí)輸出濾波電路LC。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果證明,所設(shè)計(jì)電路合理,系統(tǒng)平臺(tái)穩(wěn)定。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,在CCS5.5開(kāi)發(fā)環(huán)境,采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,編寫(xiě)了固態(tài)變
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