三相模塊級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器及其控制策略研究.pdf

1、近年來(lái)，能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題愈加嚴(yán)重，解決好這兩大問(wèn)題關(guān)系到人類能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在此背景下分布式發(fā)電系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，智能電網(wǎng)的建設(shè)成了電網(wǎng)發(fā)展必然趨勢(shì)。智能電網(wǎng)能夠靈活的分配能量，改善電能質(zhì)量，更加安全可靠。固態(tài)變壓器就是智能電網(wǎng)的核心設(shè)備之一。固態(tài)變壓器主要功能有:管理系統(tǒng)能量，使能量分布更加合理;對(duì)輸入交流側(cè)進(jìn)行功率因數(shù)校正;隔離電網(wǎng)和用戶，提高用電安全;為分布式發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能設(shè)備提供直流接口。
　　本文研究的固態(tài)變壓

2、器主電路拓?fù)錇槿嗳?jí)式模塊級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)，三級(jí)式拓?fù)渲饕ㄝ斎爰?jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。輸入整流級(jí)把輸入的工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。為了提高輸入電壓等級(jí)，整流級(jí)采用模塊級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)，每相由三個(gè)PWM整流橋級(jí)聯(lián)而成。中間隔離級(jí)實(shí)現(xiàn)整流輸出電壓的電壓等級(jí)的轉(zhuǎn)換和隔離。每個(gè)整流模塊后接一個(gè)雙有源橋(Dual active bridge，DAB) DC-DC變換器。DAB模塊由一個(gè)高頻變壓器和兩個(gè)對(duì)稱的全橋電路組成，DAB輸出電壓并聯(lián)，為分布式發(fā)電系

3、統(tǒng)和儲(chǔ)能設(shè)備提供直流接口。逆變級(jí)把DAB輸出的直流電壓逆變?yōu)楣ゎl交流電壓供用戶使用。
　　通過(guò)對(duì)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，確定了輸入級(jí)采用載波移相的調(diào)制方法、DAB級(jí)采用單移相控制的控制方式。載波移相控制下，整流級(jí)級(jí)聯(lián)H橋輸入電壓為七電平，更接近于正弦波;單移相控制下DAB級(jí)高頻變壓器漏感電流在一個(gè)周期內(nèi)有六種工作狀態(tài)，通過(guò)分析各工作狀態(tài)，得出傳輸功率與各電氣量之間的關(guān)系。建立電路的小信號(hào)模型，推導(dǎo)出電路傳遞函數(shù)。提出了整流級(jí)采用基于

4、三相dq變換的共同占空比控制和DAB級(jí)采用電壓跟隨的控制策略。共同占空比控制下，各整流級(jí)輸出平均電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上。電壓跟隨控制使DAB輸出電壓按一定比例跟隨輸入電壓。為了解決系統(tǒng)各模塊電路參數(shù)不匹配引起的整流級(jí)輸出電壓不均衡和DAB級(jí)傳輸功率不均衡的問(wèn)題，論文提出了功率均衡控制的控制策略。該功率均衡控制策略不需要電流傳感器，降低了成本。
　　為了驗(yàn)證理論的正確性，在PSIM軟件中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并搭建硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。