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為是未來智能電網的關鍵設備之一，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，如無功補償、有源濾波、電壓調節(jié)等。其結合了電力電子變換與高頻耦合技術，以及先進的數字控制技術，不僅能夠實現電壓等級的隔離變換，并且輸出電壓高度可控。此外，電力電子變壓器能夠為分布式能源提供交直流兩種接口，使得能量的接入、管理與分配更容易實現。
　　模塊組合型電力電子變壓器是目前電力電子變壓器領域最受歡迎的解

2、決方案之一，其由多個模塊串并聯構成，能夠有效的解決現今商用IGBT電壓等級無法滿足中高壓配電網電壓等級的問題。其整流級采用級聯H橋整流器，即使模塊工作于較低的開關頻率下，卻可實現較高的系統等效開關頻率，該特性能減小系統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一步降低輸入電流諧波含量。隔離級采用雙有源橋式變換器，結合軟開關技術可以實現高效高功率密度的電壓等級變換。雖然模塊組合型電力電子變壓器具有以上諸多優(yōu)點，但大量的模塊串并

3、聯使得整流級的電壓與隔離級功率的平衡變得較為困難。本文主要針對上述問題進行了研究。
　　首先，基于單相d-q坐標下建立整流級級聯H橋整流器的數學模型，設計了基本的雙環(huán)控制器；對隔離級雙有源橋式變換器的調制方式進行了分析；并利用仿真的方式對整流級和隔離級的基本特性進行了分析。
　　然后，主要針對整流級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各模塊的有功與無功占空比，在實現直流端電

4、壓平衡的同時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制策略，通過比較直流端電壓的大小，并結合輸入電流的方向與調制波所在區(qū)間，為每個模塊分配最優(yōu)的開關狀態(tài)，該調制策略能夠實現快速、寬范圍的電壓平衡。仿真以及實驗結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的小功率實驗樣機，介紹了硬件電路的設計與軟件控制流程，對其基本特性進