一种减小三相级联型pet各中间直流侧电容的方法

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1、一种减小三相级联型PET各中间直流侧电容的方法臟葛細支月媚me东北电力大学电气工程学院全球能源互联网研宄院国网北京市电力公司三相级联型电力电子变压器(PET)因其模块化和可扩展性而得到广泛应用，但其中间直流侧中限制功率波动的大电容会降低其功率密度。为解决这一问题，提出一种基于DC-DC谐振变换器的三相级联型PET正弦功率传输概念，以减小中间直流侧电容，将交流侧2倍频率的功率波动传递到公共直流侧，并保证丫恒定的直流电源。当谐振变换器工作在近似谐振模式下时，可以简单有效地实现正弦功率传输概念，并简化PET控制结构实现单级控制。虽然PET的正弦传输只有较小的功率因数调节能力，但是它可以有效地减

2、小单向功率传输的PET的电容和制造成本。研制并测试一台样机，实验结果验证了对于基于DC-DC谐振变换器的三相级联型PET正弦功率传输的可行性。关键词：三相级联型电力电子变压器；正弦功率传输；2倍频率；中间直流侧电容;功率密度;DC-DC谐振变换器;准谐振模式;因此，未来配电网必然要从现有交流配电网转变为一个以传统交流为网络支撑，能够实现交流配电网、直流配电网及交直流混合配电网的不同电压等级互联，且通过直流来实现功率柔性调节的新型配电网UzZl。作为交流配电网的关键组成设备，传统工频变压器利用工频铁芯实现变压、隔离和能量传递等基本功能，其可控性、兼容性较差，己远不能满足新型交直流混合配电网

3、对电气设备智能化水平的要求U1。电力电子变压器PET(PowerElectronicsTransformer)作力新型配电网的核心部件，又称力固态变压器SST(Solid-StateTransformer),其将电力电子功率变换技术和电磁感应高频隔离技术相结合，实现电能交直流混合柔性控制，是未来能源互联网终端的能源路由器［3-5］。A前PET普遍采用级联型多电平系统结构，通过星形或三角形搭建三相系统结构。为了能够使得PET真止工程化，除了兼顾高效率、高输出性能外，还应提高其整体功率密度，降低空间体积，减少成本。然而对于三相级联型PET,由于交流侧电流和电压都是基频的正弦波，所以其功率以2

4、倍基频频率波动，同时三相功率波动会分别通过各相PET向三相公共直流侧传递。为了保证公共直流侧电源不受2倍频率DLF(Double-Line-Frequency)功率波动的影响，传统做法是在中间直流侧并联大电容来限制功率波动。同吋为了增加系统可靠性而采用薄膜电容，更增加了PET的体积，降低了功率密度，提高了成木［5-8］。木文针对三相级联型PET存在的2倍频率功率波动引起的中间直流侧大电容问题展开深入研宄，提出了一种针对三相级联型系统的正弦功率传输SPT(SinusoidalPowerTransfer)概念，以减小三相级联型PET屮各独立屮间直流侧大电容，并保证了恒定的直流电源，从而提高系

5、统功率密度，降低成本。1三相级联型PET的2倍频率功率波动问题三相级联型PET采用三相AC-DC变换器实现三相交流到各中间独立直流侧的功率变换，并通过高频隔离型DC-DC变换器将各独立屮间直流电汇集到公共直流侧。本节深入分析了三相级联型PET的2倍频率功率波动特性，并提出一种针对三相级联型PET的正弦功率传输概念。1.1三相级联型PET中间直流侧2倍频率功率波动分析如图1所示，三相级联型PET是基于输入芈联输出并联的模块化结构，是由3个独立的单相系统组成。其屮单相PET是一种具有高频隔离、高效率、高功率密度等特性的电力电子功率变换器，主要包括AC-DC变换器、中间直流侧电容匕和高频隔离型

6、DC-DC变换器。其工作过程为:工频交流电功率通过AC-DC变换器从交流侧流入中间直流侧，2倍频率的功率波动在中间直流侧电容C2中得到缓冲，然后，缓冲后的恒定功率经过高频隔离DC-DC变换器传递到公共直流侧[5-9]。图1三相级联型PET结构Fig.1Structureofthree-phasecascadedPET图1中，Ua、Uh、u:为交流侧三和电压丄、ih、t为交流侧三和电流;P,，、Ph、为交流侧三相功率;Udf2为中间直流侧电压;PHp«、PHpb、P,.ip。为中间直流侧三相功率波动变化值瓜为公共直流侧电压;匕《、Pdeb、为公共直流侧三相功率;Pd。为公共直流侧三相功率之

7、和，Pde=Pd«,+Pdel、+Pdee;k.为平均波动直流电流。为了确保三相级联型PET公共直流侧功率稳定，传统方法是在PET中间直流侧安装大容量电容C2来抑制功率波动，功率波动由中间直流侧电容承担，电容上的功率波动Php较大，如图1所示。一般情况下PET中间直流侧要有稳定的直流电压，因此本文要求中间直流侧C2的电压波动在5%左右，同时电容匕要满足[10-11]:其中，I、U分别为交流电压、电流；为交流频率；AUw为中间直流侧电