隔離型模塊化多電平DC-DC變換器的設計和控制策略的研究.pdf

1、高壓直流輸電適宜遠距離輸電，有利于大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤?，雖然當今全球已有大量直流輸電的應用工程，但大部分的設計仍是“點對點”的連接，究其原因很重要的一點是直流電網(wǎng)缺少DC-DC變換器或直流變壓器。對比傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)，直流輸電由于缺乏DC-DC變換器無法像交流電網(wǎng)一樣實現(xiàn)復雜的能量調(diào)度，因此直流變壓器技術(shù)的研究對直流輸電非常重要。
　　目前，高壓大容量DC-DC變換器已提出許多不同的拓撲結(jié)構(gòu)，其中主要分為LC諧振型和模塊化型。LC

2、諧振型由于大量依賴等被動器件，開關(guān)應力大，優(yōu)勢不明顯；而模塊型使用中低壓器件的串聯(lián)實現(xiàn)高壓，相對更成熟，其中隔離型模塊化多電平DC-DC變換器(IMMDC)是這一類型的典型結(jié)構(gòu)，其利用一個變壓器從交流側(cè)將兩個MMC進行連接，實現(xiàn)直流變壓的能力，具有故障阻斷的能力，被視為直流輸電場合中最具潛力的DC-DC變換器之一。
　　本文以隔離型模塊化多電平DC-DC變換器為主要研究對象，從三個方面對其結(jié)構(gòu)和控制進行詳細地討論和分析：首先，對其

3、結(jié)構(gòu)的數(shù)學模型和被控對象的狀態(tài)方程進行了推導，根據(jù)其數(shù)學模型設計相應的電路參數(shù)，搭建了三相600V/10kW的實驗平臺，其中每個橋臂7個子模塊，共84個子模塊，并通過兩種不同的實驗條件對變換器的設計和基本的控制策略進行詳細地驗證。其次，針對IMMDC直接啟動存在較大的電流沖擊以及無控充電無法實現(xiàn)子模塊電容電壓達到額定值這兩個問題，本文對IMMDC的啟動過程進行了詳細分析并提出了軟啟動的控制策略，該策略針對“雙側(cè)接有源直流”以及“單側(cè)接有

4、源直流”兩種不同的工況進行了分別討論，其中雙側(cè)接有源直流時采用恒流預充電的控制策略，而單側(cè)接有源直流時分別采取離線計算和閉環(huán)控制兩種不同方法進行驗證，實現(xiàn)了IMMDC在不同工況下的正常啟動，并進行了仿真和實驗的詳細驗證驗證。最后，針對IMMDC的穩(wěn)態(tài)運行，本文著重討論了被現(xiàn)有文獻所忽略的無功功率，深入分析了IMMDC內(nèi)部的無功功率對有功功率傳輸能力以及器件選型的影響，發(fā)現(xiàn)了無功功率均分時有功功率傳輸能力最大，子模塊電容電壓波動最小，并基