模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计
发布时间：2022-01-19 10:57
中高压大容量DC/DC变换器可以实现不同电压等级直流电网线路的互联,是直流电网中的关键设备之一。该文研究了基于隔离型MMC-DC/DC变换器的电感取值的计算方法和选取原则。通过建立基于交流电压源和电感串联等效电路的数学模型,研究了电感大小对变换器运行特性的影响,进而提出综合考虑功率传输效率限制、交流电流谐波特性以及变压器容量和绝缘设计等因素的电感参数设计方法。最后采用PSCAD/EMTDC仿真软件对设计实例进行验证分析。仿真结果说明该文提出的电感参数设计方法的有效性,同时验证了该文关于电感大小对变换器电气量影响分析的正确性。
【文章来源】：中国电机工程学报. 2016,36(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
输出直流电压U
肭沤峁梗?系统频率为f1=500Hz，子模块电容大小为1mF。根据系统电平数，取λmin=0.2，通过式(22)求得δmin=22.6°。为了兼顾系统传输效率和交流电流谐波特性取δ0=30°，求得系统总电感为Ltot_0=1.989mH，仿真建模取2mH，则原副边桥臂电感值皆为2mH。调制技术采用载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)，电容均压采用比例积分(proportionalintegral，PI)调节均衡控制策略，环流抑制策略采用通用环流抑制策略[24]。图6所示的输出直流电压Udc2进入稳态后，可以稳定地跟踪额定值，纹波系数为2%。图7为输入直流电流波形，稳态均值为303.5A，纹波系数为4.6%。系统直流电气量的良好性能说明主电路参数设计和控制策略运用取得了良好效果。t/s压电kV/0.20.40.60.81.012840图6输出直流电压Udc2Fig.6OutputDCvoltageUdc2t/s流电kA/0.20.40.60.81.00.40.20.0图7输入直流电流Idc1Fig.7InputDCcurrentIdc1图8和图9分别是变换器交流相电压和电流波形。变压器为YY接法且变比为1，因此原副边各相电压波形重合，电流同理。交流相电压的基波峰值为4.82kV，总谐波失真(totalharmonicdistortion，THD)为10.5%。若系统电平数增加，相电压THD将减校交流电流的基波峰值为416.6A，THD为2%，谐波特性良好，说明电感参数设计可以满足电流的谐波性能要求。图10为原副边MMC的子模块电容电压波形，
第9期林智钦等：模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计2475t/s压电kV/0.9000.9020.9040.906uPC(uSC)uPB(uSBu)PA(uSA)84048图8三相交流相电压Fig.8Three-phasevoltagesofMMC-DC/DCconvertert/s流电kA/0.9000.9020.9040.906iPC(uSC)iPB(uSB)iPA(uSA)0.80.40.40.00.8图9三相交流电流Fig.9Three-phasecurrentsofMMC-DC/DCconvertert/s(a)原边MMC压电kV/2.01.00.00.20.40.60.81.01.701.661.620.9000.9020.9040.906t/s(b)副边MMC压电kV/2.01.00.00.20.40.60.81.01.701.661.620.9000.9020.9040.906图10子模块电容电压Fig.10Sub-modulecapacitorvoltages所有电容电压均可稳定在额定值附近，纹波系数约为1.4%，均衡特性优异，为系统的良好稳定运行奠定基础，各电气量的良好波形特性也有效反映了这一特性，同时仿真结果也表明系统的参数设计和控制策略的有效性。通过直流电压PI环得到的移相角δ如图11所示，δ=29.3°，与理论设计的30°基本吻合。根据式(12)、(18)和(9)，可求得系统交流相电压、电流的峰值和系统交流侧传输的有功功率的理论计算值，如表1所示。仿真数值和理论值的误差最大不超过千分之五(0.5%)，吻合度很高，从而验证前述数学建模和各电气量关系分析的正确性。为了验证电感参数大小变化对各电气量的影t/s相角移rad/0.20.40.60.81.00.70.30.10.5图11移相角δFig.11Phaseshiftangleδ表1各电气量理论值与仿真数值对比Tab.1Comparisonbetweenelectricalquantities'theoreticalvalueandsimulationvalue电气量/参数名称理论数值仿真数值原边等效交流电压UP/kV54.99副
【参考文献】：
期刊论文
[1]未来高压直流电网发展形态分析[J]. 姚良忠,吴婧,王志冰,李琰,鲁宗相. 中国电机工程学报. 2014(34)
[2]用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究[J]. 魏晓光,王新颖,高冲,张升. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[3]通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究[J]. 刘振亚,张启平,董存,张琳,王智冬. 中国电机工程学报. 2014(16)
[4]欧洲超级电网的发展及其解决方案[J]. 姚美齐,李乃湖. 电网技术. 2014(03)
[5]新型模块化高压大功率DC-DC变换器[J]. 赵成勇,李路遥,翟晓萌,黄晓明,陆翌,裘鹏. 电力系统自动化. 2014(04)
[6]交流配电网与直流配电网的经济性比较[J]. 郑欢,江道灼,杜翼. 电网技术. 2013(12)
[7]模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法[J]. 赵成勇,胡静,翟晓萌,谢敏华,高阳. 电力系统自动化. 2013(15)
[8]电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相. 中国电机工程学报. 2013(22)
[9]多端直流输电与直流电网技术[J]. 汤广福,罗湘,魏晓光. 中国电机工程学报. 2013(10)
[10]模块组合多电平变换器的研究综述[J]. 杨晓峰,林智钦,郑琼林,游小杰. 中国电机工程学报. 2013(06)
本文编号：3596729
【文章来源】：中国电机工程学报. 2016,36(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
输出直流电压U
肭沤峁梗?系统频率为f1=500Hz，子模块电容大小为1mF。根据系统电平数，取λmin=0.2，通过式(22)求得δmin=22.6°。为了兼顾系统传输效率和交流电流谐波特性取δ0=30°，求得系统总电感为Ltot_0=1.989mH，仿真建模取2mH，则原副边桥臂电感值皆为2mH。调制技术采用载波移相正弦脉宽调制(CPS-SPWM)，电容均压采用比例积分(proportionalintegral，PI)调节均衡控制策略，环流抑制策略采用通用环流抑制策略[24]。图6所示的输出直流电压Udc2进入稳态后，可以稳定地跟踪额定值，纹波系数为2%。图7为输入直流电流波形，稳态均值为303.5A，纹波系数为4.6%。系统直流电气量的良好性能说明主电路参数设计和控制策略运用取得了良好效果。t/s压电kV/0.20.40.60.81.012840图6输出直流电压Udc2Fig.6OutputDCvoltageUdc2t/s流电kA/0.20.40.60.81.00.40.20.0图7输入直流电流Idc1Fig.7InputDCcurrentIdc1图8和图9分别是变换器交流相电压和电流波形。变压器为YY接法且变比为1，因此原副边各相电压波形重合，电流同理。交流相电压的基波峰值为4.82kV，总谐波失真(totalharmonicdistortion，THD)为10.5%。若系统电平数增加，相电压THD将减校交流电流的基波峰值为416.6A，THD为2%，谐波特性良好，说明电感参数设计可以满足电流的谐波性能要求。图10为原副边MMC的子模块电容电压波形，
第9期林智钦等：模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计2475t/s压电kV/0.9000.9020.9040.906uPC(uSC)uPB(uSBu)PA(uSA)84048图8三相交流相电压Fig.8Three-phasevoltagesofMMC-DC/DCconvertert/s流电kA/0.9000.9020.9040.906iPC(uSC)iPB(uSB)iPA(uSA)0.80.40.40.00.8图9三相交流电流Fig.9Three-phasecurrentsofMMC-DC/DCconvertert/s(a)原边MMC压电kV/2.01.00.00.20.40.60.81.01.701.661.620.9000.9020.9040.906t/s(b)副边MMC压电kV/2.01.00.00.20.40.60.81.01.701.661.620.9000.9020.9040.906图10子模块电容电压Fig.10Sub-modulecapacitorvoltages所有电容电压均可稳定在额定值附近，纹波系数约为1.4%，均衡特性优异，为系统的良好稳定运行奠定基础，各电气量的良好波形特性也有效反映了这一特性，同时仿真结果也表明系统的参数设计和控制策略的有效性。通过直流电压PI环得到的移相角δ如图11所示，δ=29.3°，与理论设计的30°基本吻合。根据式(12)、(18)和(9)，可求得系统交流相电压、电流的峰值和系统交流侧传输的有功功率的理论计算值，如表1所示。仿真数值和理论值的误差最大不超过千分之五(0.5%)，吻合度很高，从而验证前述数学建模和各电气量关系分析的正确性。为了验证电感参数大小变化对各电气量的影t/s相角移rad/0.20.40.60.81.00.70.30.10.5图11移相角δFig.11Phaseshiftangleδ表1各电气量理论值与仿真数值对比Tab.1Comparisonbetweenelectricalquantities'theoreticalvalueandsimulationvalue电气量/参数名称理论数值仿真数值原边等效交流电压UP/kV54.99副
【参考文献】：
期刊论文
[1]未来高压直流电网发展形态分析[J]. 姚良忠,吴婧,王志冰,李琰,鲁宗相. 中国电机工程学报. 2014(34)
[2]用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究[J]. 魏晓光,王新颖,高冲,张升. 中国电机工程学报. 2014(S1)
[3]通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究[J]. 刘振亚,张启平,董存,张琳,王智冬. 中国电机工程学报. 2014(16)
[4]欧洲超级电网的发展及其解决方案[J]. 姚美齐,李乃湖. 电网技术. 2014(03)
[5]新型模块化高压大功率DC-DC变换器[J]. 赵成勇,李路遥,翟晓萌,黄晓明,陆翌,裘鹏. 电力系统自动化. 2014(04)
[6]交流配电网与直流配电网的经济性比较[J]. 郑欢,江道灼,杜翼. 电网技术. 2013(12)
[7]模块化多电平换流器桥臂电抗器参数设计方法[J]. 赵成勇,胡静,翟晓萌,谢敏华,高阳. 电力系统自动化. 2013(15)
[8]电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相. 中国电机工程学报. 2013(22)
[9]多端直流输电与直流电网技术[J]. 汤广福,罗湘,魏晓光. 中国电机工程学报. 2013(10)
[10]模块组合多电平变换器的研究综述[J]. 杨晓峰,林智钦,郑琼林,游小杰. 中国电机工程学报. 2013(06)
本文编号：3596729
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3596729.html
