级联型电力电子变压器控制策略概述

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1、级联型电力电子变压器控制策略概述1引言1.1研究的背景与意义针对采用独立铁芯和共用铁芯变压器这两种类型的级联型电力电子变压器建模与分析、输入侧整流控制、DC-DC变换器功率控制等关键技术问题开展深入的分析和研究工作，传统的配电变压器是配电网中最重要也是应用最普遍的一类设备，其作用是将6?35kV的配电电压降至400V左右输入给用户，实现变压、隔离和能量传递的功能。其主要电压等级为6kV,l0kV和35kV等，容量为几十kVA到几MVA。配电变压器的运行可靠性、产品技术性能与经济指标都会直接影响现有配电网和将来智能电网的供

2、电可靠性、电能质量和智能化程度。目前的配电变压器具有可靠性强、效率高、价格低廉的优点，但若要达到智能电网的要求，电力电子变压器(Poer,PET)是一种采用龟力电子器件和高频变压器，通过电力电子变换技术实现电能变换的新型智能化变压器[6]。除了可以实现配电变压器的电压转换、电气隔离和能量传输等基本功能外，电力电变压器还可以实现无功补偿、谐波治理、电网互联、新能源并网等诸多功能。将电力电子变伍器应用到电力系统后，将会给电力系统带來很多新的特点，并有助于解决电力系统中所面临的诸多问题应用于电力系统的电力电子变HI器一般为级联

3、结构，这种级联型电力电子变压器目前在其拓扑结构设计、建模分析、运行特性以及在电力系统中的应用己经取得了一定的研究成果，但是由于对级联型电力电子变压器的理论研究还不够深入。1.2电力电子变压器的研究现状和主要技术难点1.2.1电力电子变压器的发展状况随着对电力电子变压器研究工作的逐渐深入，为了实现对电力电子变压器的控制、改善电能质量，并满足配电网在高压大容量场合下的应用要求，在电力电子变压器的结构中增加直流变换环节和采用级联形式已经成为共识。现阶段的电力电子变压器常用拓扑为两个交直流变换级和直流隔离级的三级结构，其级联多电

4、平结构的电力电子变压器非常适合电力系统高ffi大功率领域的应用。早期的电力电子变压器的理论和研究由于受到当时大功率电力电子器件和高压大功率变换技术发展水平的限制，所提出的设计方案均未能进入实用化，特别是在可用于实际的输配电系统(lOkV及以上电压等级)的电力电子变压器的研究方面进展缓慢。进入20世纪90年代末，国外在电力电子变压器的研究领域出现新的进展，特别是在可用于工业配电系统的电力电子变压器的研究方面取得了突破，提出了一些新的技术方案，并制作出了与配电系统电压等级相当的样机。1999年，美国德州AM大学的学者Moon

5、shikKang和Enjeti%出基于直接AC-AC变换和高频隔离环节的电力电子变压器结构[17，18]，该拓扑大幅度地减小了变压器的体积和重量。2000年，针对较小功率的应用场合，M.D.Manjrekar和R.Kiefeniidorf等人在Buck-Boost结构的基础上提出了一种直接AC-AC型电力电子变压器[i9]。2000年，在三级拓扑结构的基础上，RickKiefemdorf等学者提出全桥级联多电平结构电力电子变压器，该结构解决了电力电子变压器在高压率领域应用的问题、2002年，学者Eddash;致。比较LC

6、谐振DC-DC变换器的功率传输表达式(2-15)和无LC谐振DC-DC变换器的功率传输表达式(2-36),二者均是通过调节移相角以实现对传输的有功功率的控制，因此，无LC谐振DC-DC变换器的控制，同样可以釆用的LC谐振DC-DC变换器电压闭环控制方法，即为下图所示。本章以LC谐振式和无LC谐振式两种DC-DC变换器为研究对象，经过对两种拓扑的建模以及对DC-DC变换器功率传输特性的分析，提出了相应的控制策略，主要结论如下：提出的LC谐振式DC-DC变换器的功率传输表达式表明：在输入和输出电压相等的情况下，其传输的有功功

7、率的大小和方向，取决于移相角、开关角频率、谐振角频率三者之间的关系；而无LC谐振式DC-DC变换器的功率传输的大小和方向，仅取决于移相角。3电力电子变压器输入整流侧的控制策略.........513.1基于准比例-谐振控制器的级联P整流器控制策略.........523.2H桥级联整流器输出侧电容电压平衡控制策略.........583.3仿真分析与实验验证.........613.4本章小结.........664采用独立铁芯变压器的级联.........674.1采用独立铁芯变压器的级联型电力电子变压器的拓扑....

8、.....674.2采用独立铁芯变压器的DC-DC变换器输出并联的控制策略.........684.3采用独立铁芯变压器的级联型电力电子变压器的控制策略.........714.4仿真分析与实验验证.........724.5本章小结.........815采用共用铁芯变压器的级联型电力电子变压器研究........