隔離型模塊化多電平DC-DC變換器的設(shè)計和控制策略的研究.pdf

1、高壓直流輸電適宜遠(yuǎn)距離輸電，有利于大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤?，雖然當(dāng)今全球已有大量直流輸電的應(yīng)用工程，但大部分的設(shè)計仍是“點(diǎn)對點(diǎn)”的連接，究其原因很重要的一點(diǎn)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(shí)現(xiàn)復(fù)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?fù)浣Y(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(yīng)力大，優(yōu)勢不明顯；而模塊型使用中低壓器件的串聯(lián)實(shí)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(jìn)行連接，實(shí)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(jìn)行詳細(xì)地討論和分析：首先，對其

3、結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型和被控對象的狀態(tài)方程進(jìn)行了推導(dǎo)，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型設(shè)計相應(yīng)的電路參數(shù)，搭建了三相600V/10kW的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件對變換器的設(shè)計和基本的控制策略進(jìn)行詳細(xì)地驗(yàn)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(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓達(dá)到額定值這兩個問題，本文對IMMDC的啟動過程進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行了分別討論，其中雙側(cè)接有源直流時采用恒流預(yù)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(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了IMMDC在不同工況下的正常啟動，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)驗(yàn)證驗(yàn)證。最后，針對IMMDC的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，本文著重討論了被現(xiàn)有文獻(xiàn)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