直流電網用高壓DC-DC變換器拓撲及其控制策略研究.pdf

1、基于柔性直流輸電的直流電網技術為大規(guī)模可再生能源接入、孤島送電和大型城市供電等電力難題提供了新的解決方案。與交流電網類似，不同電壓等級的直流電網需要通過DC/DC變換器（直流變壓器）實現(xiàn)互聯(lián)。有別于傳統(tǒng)斬波DC/DC變換器，適用于直流電網的高壓大容量DC/DC變換器需具備能量雙向流動、潮流可控以及故障隔離等功能。目前，針對直流電網用高壓DC/DC變換器的研究尚處于電路拓撲設計、仿真分析和原理樣機驗證階段。因此，本文以直流電網互聯(lián)用高壓D

2、C/DC變換器為研究對象，對變換器的電氣拓撲、數(shù)學建模、參數(shù)設計及其控制策略進行了研究。
　　1、針對現(xiàn)有拓撲中所用大容量中頻變壓器和濾波裝置的制造難題，基于變換器能量流的共性研究，提煉了非隔離型變換器的構造方式，進而提出一種T型DC/DC變換器。所提拓撲無需大容量中頻變壓器，且省去了直流側較大的電感濾波裝置，工程適用性強;該拓撲可擴展至多端口DC/DC變換器，實現(xiàn)多個不同電壓等級的直流線路互聯(lián)，并具備直流故障電流抑制功能，豐富了

3、直流系統(tǒng)保護措施。
　　2、針對模塊化多電平DC/DC變換器中橋臂子模塊投切隨機性強、開關周期接近基波周期等特點，提出了橋臂等效開關周期平均化建模方法;在此基礎上，建立了T型DC/DC變換器狀態(tài)空間平均模型，包括橋臂電流和子模塊電容電壓時域動態(tài)模型;進而推導了T型DC/DC變換器動態(tài)相量模型和線性化小信號模型，為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點的求解和控制器設計提供了數(shù)學基礎。
　　3、研究了T型DC/DC變換器中子模塊個數(shù)、電容和橋臂電感等

4、設計方法以及半橋與全橋混合型橋臂中功率器件損耗的計算方法;進而研究了以變換器功率器件損耗最小為目標的主電路參數(shù)優(yōu)化設計方法。通過相同電壓等級和器件參數(shù)下不同電氣拓撲的對比設計表明:在滿足系統(tǒng)故障電流抑制條件下，T型DC/DC變換器所需配置的子模塊數(shù)量相對較少，裝置功率損耗較低，具有良好的技術和經濟性。
　　4、針對中高頻運行工況下高壓DC/DC變換器功率器件損耗增加和數(shù)字控制系統(tǒng)運算量增大等系列問題，提出了一種適用于高壓DC/DC

5、變換器的基頻調制策略以及電壓與子模塊電容電壓增量雙排序均壓控制，可實現(xiàn)基波周期內橋臂子模塊僅投入切除一次，且排序均壓算法僅運算一次，確保在有效降低功率器件損耗的同時亦能實現(xiàn)子模塊電容電壓均衡。
　　5、針對直流系統(tǒng)中DC/DC變換器輸出電壓、電流和傳遞功率等系統(tǒng)級控制要求，提出了T型DC/DC變換器的功率控制策略，包括橋臂公共點電壓控制和內部橋臂能量均衡控制。該控制策略物理意義明確、控制結構簡單且適用于多端口T型DC/DC變換器。