模塊組合型電力電子變壓器及其電壓平衡控制策略研究.pdf

1、電力電子變壓器被認(rèn)為是未來智能電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其具有體積小、重量輕、低污染(無需絕緣油)、故障隔離以及其他的一些潛在功能，如無功補(bǔ)償、有源濾波、電壓調(diào)節(jié)等。其結(jié)合了電力電子變換與高頻耦合技術(shù)，以及先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電壓等級(jí)的隔離變換，并且輸出電壓高度可控。此外，電力電子變壓器能夠?yàn)榉植际侥茉刺峁┙恢绷鲀煞N接口，使得能量的接入、管理與分配更容易實(shí)現(xiàn)。
　　模塊組合型電力電子變壓器是目前電力電子變壓器領(lǐng)域最受歡迎的解

2、決方案之一，其由多個(gè)模塊串并聯(lián)構(gòu)成，能夠有效的解決現(xiàn)今商用IGBT電壓等級(jí)無法滿足中高壓配電網(wǎng)電壓等級(jí)的問題。其整流級(jí)采用級(jí)聯(lián)H橋整流器，即使模塊工作于較低的開關(guān)頻率下，卻可實(shí)現(xiàn)較高的系統(tǒng)等效開關(guān)頻率，該特性能減小系統(tǒng)損耗與濾波器的體積、重量；而且交流端的多電平的特性可進(jìn)一步降低輸入電流諧波含量。隔離級(jí)采用雙有源橋式變換器，結(jié)合軟開關(guān)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效高功率密度的電壓等級(jí)變換。雖然模塊組合型電力電子變壓器具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但大量的模塊串并

3、聯(lián)使得整流級(jí)的電壓與隔離級(jí)功率的平衡變得較為困難。本文主要針對(duì)上述問題進(jìn)行了研究。
　　首先，基于單相d-q坐標(biāo)下建立整流級(jí)級(jí)聯(lián)H橋整流器的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了基本的雙環(huán)控制器；對(duì)隔離級(jí)雙有源橋式變換器的調(diào)制方式進(jìn)行了分析；并利用仿真的方式對(duì)整流級(jí)和隔離級(jí)的基本特性進(jìn)行了分析。
　　然后，主要針對(duì)整流級(jí)電壓不平衡的問題提出了兩種新型的控制方法。第一種電壓平衡控制策略是利用電壓反饋修改整流級(jí)各模塊的有功與無功占空比，在實(shí)現(xiàn)直流端電

4、壓平衡的同時(shí)能夠控制模塊的無功平衡，并且消除基本雙環(huán)控制器與電壓平衡控制器間的耦合性。第二種為一種新型的多維空間矢量調(diào)制策略，通過比較直流端電壓的大小，并結(jié)合輸入電流的方向與調(diào)制波所在區(qū)間，為每個(gè)模塊分配最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)，該調(diào)制策略能夠?qū)崿F(xiàn)快速、寬范圍的電壓平衡。仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提出的兩種新型控制方法的有效性。
　　最后，研制了模塊組合型電力電子變壓器整流級(jí)的小功率實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)與軟件控制流程，對(duì)其基本特性進(jìn)