基于高频链TSMC的交直流混合多端口变换器研究

发布时间：2020-05-22 08:12

【摘要】：多端口变换器(Multi-port Converter,简称MPC)通过集成方式实现多个端口之间的功率传输与控制,可以作为多种能源与负载的接口,提高系统的灵活性,具有体积小、效率高、成本低等优势。在新能源混合供电系统、航天器分布式供电系统、微电网供电系统等领域都有广泛的研究与应用。随着电力电子技术的不断发展,对多端口变换器在空间体积、变换效率和可靠性等方面有更高的要求。高频链双级矩阵变换器(Two Stage Matrix Converter,简称TSMC)具有转换级数少、双向功率流、正弦输入/输出波形、输入功率因数可控、变换效率高和高功率密度等优点,已经受到国内外学者的广泛关注。本文将高频链TSMC与变压器磁耦合型多端口变换器相结合,提出了一种全新的拓扑—基于高频链TSMC的多端口变换器。该拓扑利用多绕组高频变压器磁耦合来拓展多个端口,可以提供交直流混合端口,同时该拓扑继承了高频链TSMC的优点,具有广泛的应用前景与研究价值。本文首先介绍了多端口变换器和高频链矩阵变换器的研究意义和现状,提出了三端口高频链TSMC拓扑结构,总结了其基本构成及特点,详细分析了高频链TSMC的双极性空间矢量调制策略以及单相H桥的移相控制策略。其次,对三端口高频链TSMC的换流策略进行研究,针对高频链TSMC漏感换流时间的插入对高频链TSMC输入电流及输出电压/电流的影响,给出了高频链TSMC输出级的优化换流策略,有效减少高频链TSMC输入电流及输出电压/电流的畸变率。然后,以直驱风电并网系统为应用背景,本文提出了一种基于三端口高频链TSMC的直驱风力发电系统,研究了其控制策略,实现了风电系统的变速恒频运行、最大风能跟踪、并网有功/无功解耦控制等功能,同时使得系统具有较强的平滑并网功率与低电压穿越能力。最后,在MATLAB中搭建了基于三端口高频链TSMC的直驱风力发电系统模型,通过仿真验证了所提拓扑及调制策略和控制策略的正确性。
【图文】：

拓扑图,四种类型,拓扑

国内外学者己经对多端口变换器开展了大量的研究，按能量传递方逡逑式的不同将其分四种类型［＇以三端口为例，如图Ｍ所示，图中箭头代表能量逡逑传递的方向。逡逑（１）单输入多输出ＭＰＣ。如图ｌ－ｌ（ａ）所示，其特点是：具有多个输出、单逡逑个输入，能量只能单向传递，不一样等级的输出电压可供应多种，适用于提供不逡逑同输出电压且仅有单个输入源的系统；逡逑（２）多输入单输出ＭＰＣ。如图ｌ－ｌ（ｂ）所示，其特点是：具有单个输出、多逡逑个输入，能量只能单向传递，多个输入源可同时集成，适用于新能源联合发电系逡逑统等；逡逑（３）混合ＭＰＣ。如图ｌ－ｌ（ｃ）所示，其特点是：具有多个输出、多个输入，逡逑部分端口之间能量可实现双向传递，适用于含储能装置的系统、电动汽车内部驱逡逑动系统等；逡逑（４）双向ＭＰＣ。如图ｌ－ｌ（ｄ）所示，其特点是：具有多个输出、多个输入，所逡逑有端口之间能量都可实现双向传递，适用于电动汽车与电网连接系统、微电网供逡逑电系统等。逡逑

多端口,直流母线,变换器

各个输入源不能同时工作，从而限制了电源的利用率。联结构，使输入端电压等级不受限制。文献［２１］提出了于混合动力汽车，燃料电池和蓄电池两个输入端口之出特性。文献［２２］提出了输出端串联的三端口变换器，压等级，适用于高电压输出场所。文献［２３］研究了一种换器。该变换器是基于直流母线型的，如图卜２所示，的输出端口和输入端口，各个端口之间能量可以相互源系统供应一种有效电力转换接口。具备多个输出端口，该类变换器结构相对较复杂，需要较多的开关器件，线能量缓冲单元的要求较高，提高了控制难度，且电能究了一种基于高频交流链的多端口变换器，，将这种变储能以及三相交流负载的电力电子接口，该交流链是由构成，该变换器为单级功率转换，具有非常小的开关损器不包含任何电解电容器，在很大程度上增加该变换电气隔离，则需增加一个高频变压器于交流链路屮。逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】