负载不平衡下电力电子变压器控制策略的改进

发布时间：2020-06-20 23:09

【摘要】：电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是一种由电力电子变换器和高频变压器组合,具备能量传输、电能变换、电气隔离等功能的新型智能变压器。得益于其多端口、灵活可控、高兼容性等特点,电力电子变压器广泛应用到微网,成为未来智能电网发展中非常重要的电力装置。在微网中,电力电子变压器常常面临着负载不平衡的问题,负载不平衡对电力电子变压器的稳定运行和电能质量都会造成严重的影响。本文以电力电子变压器为研究对象,主要对负载不平衡工况下的控制策略展开研究,具体研究内容如下:(1)确定了本文研究的电力电子变压器拓扑,采用输入级模块化多电平变流器、隔离级双有源主动桥变换器、输出级三相四桥臂变流器的三级级联结构。对电力电子变压器的各级建立数学模型并阐述其基本原理,研究正常工况下各级的基本控制策略,保证电力电子变压器系统在正常工况下的稳定运行。(2)针对负载不平衡工况,研究系统中二倍频脉动功率的产生机理,分析了系统的功率流动以及二倍频功率对隔离级双有源桥变换器造成的影响。利用二倍频脉动功率幅值与移相角的关系,将双有源桥直流变换器中的非线性环节进行线性化建模,并建立其小信号模型,根据小信号模型在传统控制策略直流环节上增加交流环节,利用PR控制器控制移相角实现双有源桥直流变换器按任意比例传输系统中的二倍频脉动功率。(3)建立双有源桥直流变换器改进控制策略下的线性化小信号模型,在理论上通过推导传递函数验证改进控制策略的有效性。改进控制策略能够精确的分配电力电子变压器中压直流侧和低压直流侧滞留的二倍频功率比例,根据不同的需求,能够实现抑制直流母线电压波动,控制二倍频功率影响范围等。(4)分析了电力电子变压器中压直流母线存在二倍频脉动功率时输入级模块化多电平变流器的电气特性,主要是交直流功率分析和子模块脉动功率分析。本文提出采用环流注入的方式,利用子模块电容能够储能的特性来承担二倍频脉动功率,从而使中压直流母线保持稳定。此外,分析了环流注入后对模块化多电平变流器的相间环流以及子模块电容电压等电气特性的影响,提出采用环流抑制控制策略来抑制由于环流注入引起的四倍频环流。最后,通过对电力电子变压器各级的控制策略的改进以及协调控制,实现了负载不平衡工况下输出交流电压对称、中、低压直流侧电压稳定,提高了电力电子变压器交直流端口的电能质量。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM41
【图文】：

制策略的准确性和有效性。逡逑２．１电力电子变压器的拓扑逡逑电力电子变压器具有多种拓扑形式，本文采用是ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ结构。如图２－１所逡逑示：该拓扑由中压输入级、中间隔离级、低压输出级三级构成。中压输入级由模块逡逑化多电平变流器（Ｍｏｄｕｌａｒ邋Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，邋ＭＭＣ）实现ＡＣ／ＤＣ变换，其控制目逡逑标是保证中压侧直流母线稳定。中间隔离级为隔离型双有源主动桥ＤＣ／ＤＣ变换器逡逑（Ｄｕａｌ邋Ａｃｔｉｖｅ邋Ｂｒｉｄｇｅ，邋ＤＡＢ），采用输入串联、输出并联（ＩＳＯＰ）的连接方式，其控制逡逑目标是将中压直流变换为低压直流，保证低压侧直流电压稳定。低压输出级采用三逡逑相四桥臂逆变器，完成低压三相交流电压的输出。逡逑中压输入级逦中间隔离级逦低压输出级逡逑｜逦ＭＭＣ逦］逦［逦ＤＡＢ逦｜逦［逦三逡逑Ｓ邋！邋Ｊｒ＂ｒｎ——－ｒ－ｎ－－！逦！逦逆变器逡逑ｐＳ邋ｉ—＾ｔ－逦￣ｎｒ—丨．．．．逦！逡逑ｉ逦＾逦３邋汇Ｈ桥二３［晰邋ｉ邋？＋和和逦；逡逑！逦——｛逦１逦；邋Ｉ邋；：逦ｉ邋ｎ个ｄａｂ邋ｊｌ！邋ｎ邋ｂ逦逦逦ｒ－逡逑ｉ逦＼逦ｉ邋２邋！ｉ逦ｖ邋ＩＳ０Ｐ邋１２！逦逦！逡逑！邋ｆｅｎ邋Ｕｍ邋Ｎｍｕ！邋：ｌ＾逦NNN；逡逑ｐｓｐ邋｜邋ｊｌ邋晰＾［晰邋ｊ邋［逦＂Ｑ＾Ｕ逡逑…｝Ｚ＾ＳＭｎ｜邋｝＝｜ｓｊ＾１邋ｊ＝｜ｓｉ＾１邋｜逦１邋——逦——邋ｊ邋１＾逦逦＾逦＞逦｜逡逑中压交流逦■？中压直流逦＋低压直流邋逦？低压交流逡逑图２－１电力电子变压器拓扑逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑通过对该拓扑的分析可知，与其他形式的拓?

丨、逦ＭｓＭｌＪ０＝１．．．２？）逦－＼：ｉ｝ｐ，ｉ｝ｎ＜０邋ｊ逡逑图２－４电容均压控制器逡逑Ｆｉｇ．２－４邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋ｏｆ邋ｖｏｌｔａｇｅ邋ｂａｌａｎｃｉｎｇ邋ｓｔｒａｔｅｇｙ逡逑不同的调制策略下采用不同的均压控制，在ＣＰＳ－ＳＰＷＭ调制策略下，通常采用逡逑分级均压策略。如图２－４所示，该控制策略分为两部分：电容电压平均控制和电容逡逑电压均衡控制，电容电压平均控制采用电压外环、电流内环的控制策略，外环电压逡逑是每相子模块电容电压的算术平均值《广，通过与子模块电容平均值的额定值逡逑作差，经过ＰＩ控制器输出作为电流内环的给定值，电流内环的反馈值是环流，可以逡逑１４逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 袁义生;张育源;周盼;黄志敏;;抑制两级式逆变器中间母线电压二次纹波的方法[J];华东交通大学学报;2015年06期

2 周洋;胡鹏飞;江道灼;张科波;;模块化多电平换流器改进最近电平调制策略[J];浙江大学学报(工学版);2015年08期

3 林周宏;刘崇茹;李海峰;田鹏飞;洪国巍;;模块化多电平换流器的子模块电容电压分层均压控制法[J];电力系统自动化;2015年07期

4 孙强;葛旭波;刘林;徐欣;张义斌;曾沅;尹明;;国内外智能电网评价体系对比分析[J];电力系统及其自动化学报;2011年06期

5 邓卫华,张波,胡宗波;电力电子变压器电路拓扑与控制策略研究[J];电力系统自动化;2003年20期

6 方华亮,黄贻煜,范澍,陆继明,毛承雄;配电系统电力电子变压器的研究[J];电力系统及其自动化学报;2003年04期

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1 李响;机车电力电子变压器控制策略研究[D];北京交通大学;2018年

2 李金科;模块化多电平变流器环流控制策略研究[D];北京交通大学;2018年

3 周啸;三相四桥臂微网变流器控制策略研究[D];北京交通大学;2015年

4 欧阳晖;大功率四象限变流器控制技术研究[D];华中科技大学;2012年

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1 王小星;多端直流输电系统控制策略的研究[D];北京交通大学;2017年

2 殷晓东;AC-DC-DC变换器中间直流二次纹波电压抑制控制策略研究[D];西南交通大学;2017年

3 张冀川;模块化多电平换流器调制策略研究[D];北京交通大学;2016年

4 苑晓W

本文编号：2723105