級聯(lián)型電力電子變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的可再生能源接入電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量、穩(wěn)定性及靈活性提出了更高的要求。而作為電力系統(tǒng)中最重要裝置的電力變壓器，其過于單一的功能不能完全滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新要求。因此，電力電子技術(shù)的興起給新型電力變壓器的形成和發(fā)展提供了契機(jī)。電力電子變壓器通過電力電子器件和中（高）頻變壓器來實現(xiàn)隔離的AC/AC變換，它不僅可以完成常規(guī)電力變壓器的變壓、隔離、能量轉(zhuǎn)換的功能，還具有高度的可控性和靈活性，所以它的發(fā)展符合未來

2、電網(wǎng)的需求，有著非常重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)、社會價值。本論文圍繞級聯(lián)型電力電子變壓器的關(guān)鍵控制技術(shù)，在輸入級的相間平衡控制、直流輸出級的并聯(lián)控制、整機(jī)不平衡無功補(bǔ)償、容錯控制等多個方面做出了研究，主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　1)對級聯(lián)型電力電子變壓器輸入級進(jìn)行了建模和控制研究。建立了單相級聯(lián)H橋的數(shù)學(xué)模型，并針對已有的相內(nèi)直流電壓平衡控制方法進(jìn)行比較，量化分析出有功矢量修正的相內(nèi)直流側(cè)平衡控制方法更具優(yōu)勢。進(jìn)一步建立了三相

3、級聯(lián)H橋的數(shù)學(xué)模型，并參照傳統(tǒng)三相全橋整流器的解耦控制，給出了三相級聯(lián)型并網(wǎng)變流器的整體控制方法。
　　2)提出了解決輸入級的相間直流側(cè)電壓不平衡問題的新方法。在分析各相平均功率模型基礎(chǔ)上，分別針對兩種三相結(jié)構(gòu)提出了切換式的相間平衡控制方法——星形結(jié)構(gòu)中的零序和負(fù)序電壓注入法以及三角形結(jié)構(gòu)中的零序電流注入和分相控制結(jié)合法，這兩種方法均具有很好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能，能夠很好地兼顧裝置的輸出性能和相間有功調(diào)節(jié)能力，并進(jìn)行了仿真和實驗驗證。

4、
　　3)優(yōu)化設(shè)計了直流輸出級的雙向主動全橋(DAB)并聯(lián)控制策略。在對單移相控制下的DAB數(shù)學(xué)模型和軟開關(guān)條件分析的基礎(chǔ)上，對其控制方法展開了研究。利用級聯(lián)型電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)特點，提出了兩級綜合控制方法，從理論上與傳統(tǒng)的并聯(lián)均流控制進(jìn)行了對比分析，該方法在達(dá)到同樣控制效果的情況下，簡化了控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了對比仿真驗證。
　　4)分析了不平衡無功補(bǔ)償場合下的級聯(lián)型電力電子變壓器的補(bǔ)償特性。分析了兩種三相結(jié)構(gòu)在分級獨(dú)立控制

5、下的不平衡補(bǔ)償域，三角形結(jié)構(gòu)適合任意不平衡度的補(bǔ)償，但需要較大的電流裕度，而星形結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢更適用于電流不平衡較小的場合，該分析同樣適合于級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)的應(yīng)用。進(jìn)一步利用兩級綜合控制實現(xiàn)了任意不平衡度的無功補(bǔ)償，在充分使用直流輸出級電流裕量的同時，消除了輸入級為直流電壓平衡控制所提供的器件裕度。
　　5)提出并研究了級聯(lián)型電力電子變壓器的容錯控制新方法。在利用旁路機(jī)構(gòu)對故障單元進(jìn)行屏蔽的基礎(chǔ)上，提出

6、了基于零序電壓注入和直流側(cè)優(yōu)化的容錯控制算法，該方法采用了故障零序電壓注入，有效地解決了旁路故障功率單元時造成的直流側(cè)電壓突變且回復(fù)慢的問題，同時不發(fā)生電流突變，很好地保證了裝置的可靠運(yùn)行。同時引入了直流側(cè)電壓優(yōu)化控制方法，在旁路單元數(shù)較多時適當(dāng)提高直流側(cè)電壓指令值，進(jìn)一步增強(qiáng)了級聯(lián)型電力電子變壓器的容錯能力，并通過仿真和實驗進(jìn)行了驗證。
　　最后，分析了級聯(lián)型電力電子變壓器的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計原則，進(jìn)而介紹其控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，并通過