交直流混合微网高频隔离互联变流器控制技术

发布时间：2020-08-28 11:55

　　能源危机和环境污染已经成为当今世界经济发展所面临的两大难题。为此,世界各国加大对新能源的研究利用,太阳能、风能、水能等一系列新能源得到广泛利用。为提高新能源的利用效率,微电网应运而生。其中,交直流混合微电网因具有直流微电网和交流微电网二者的共同优点,成为目前微电网发展的新趋势。在交直流混合微电网研究中,连接直流微电网和交流微电网的变流器成为研究热点。目前对于交直流混合微电网变流器的研究主要集中在变流器的拓扑结构、变流器控制、PWM调制等方面。本文基于对交直流混合微电网高频隔离互联变流器拓扑结构以及变流器操作原理的分析,研究了变流器变流过程中开关损耗问题。半导体开关损耗的存在不利于变流器频率的提高,降低了变流器运行效率。为此,本文提出一种变流器控制策略,在隔离式交直流混合微电网变流器拓扑结构中,利用直流侧电压源变流器中的缓冲电容以及一个相应的换流算法,能够实现周波变换器和电压源变流器中半导体开关的软换流,有效降低两个变流器的开关损耗。在这个变流器控制策略中,交流侧低负荷条件下电压源变流器的变流会非常漫长,这是因为低电流时缓冲电容的再充电过程变得非常缓慢。在电压源变流器的变流期间利用周波变换器使变压器交流侧短路,能够启动一个谐振换流。在这个谐振过程中电压源变流器中的电流增加,缓冲电容再充电速度加快,有效解决了低负荷条件下电压源变流器的变流问题。本文设计了一个交直流混合微电网高频隔离互联变流器系统,搭建变流器控制实验平台,并在Matlab/Simulink仿真平台进行PWM调制仿真与变流器逆变仿真研究,完成直流侧方波电压仿真,设计了三相逆变仿真电路,完成三相逆变PWM波形调制,得到相应PWM波形以及三相逆变电压波形图,实验结果验证了实验方案的正确性。本文基于对变流器变流操作原理的分析,研究了变流器存在的磁芯饱和问题。由于实际电路中存在许多非理想因素,例如,交流侧IGBT控制信号的不对称,IGBT开通时电压降的不同,IGBT本身开关特性的不同等,变流器直流侧存在一个非零直流电压量,导致变流器磁芯饱和。基于上述理论分析,提出一种抑制磁芯饱和的控制策略。建立励磁电流模型,设计了一个PI调节器对变流器中励磁电流进行调节。最后,基于PSIM平台建立仿真电路模型,仿真结果验证了本文所提出的磁芯饱和抑制策略的可行性。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

拓扑结构图,变流器,网高,拓扑结构

提高变流器系统运行效率，充分体现高频变流器的优势，本章中提出了一种交直流混合微电网变流器控制策略。在这个变流器控制策略中，利用隔离式交直流混合微电网变流器拓扑结构直流侧电压源变流器中的缓冲电容以及一个相应的换流算法，不仅可以实现直流侧电压源变流器的软换流，而且可以同时实现交流侧周波变换器的软换流。因此，这个变流器控制策略可以实现同时降低电压源变流器半导体开关损耗以及周波变换器半导体开关损耗的目的。

示意图,换流,谐振,电压电流

整个谐振换流过程共分为六个阶段。基于理论分析，谐振换流电路中的电压电流波形如图3-5 所示。由图中可以看出，在谐振换流的最初阶段 1 中，功率流从直流侧到交流侧，这个阶段同传统的电压源变流器变流情况一样。在谐振换流的阶段 2 中，过程开始时，如图所示，周波变换器中的半导体开关导通，此时交流侧变压器短路。来自电压源变流器的电压经过变压器一次侧漏感，由于变压器一次侧短路，变压器电流开始快速增加，直到这个电流值增加到某个设定值，这个预先设定的电流值被称为增强电流 ienh。然后电压源变流器中两个已导通的半导体开关关闭，此时变流器谐振换流发生，如图阶段 3所示。谐振换流的阶段 4 中，当变压器电压完全反转后，电压源变流器中最初阻止电流流过的二极管导通，直流侧变压器的电流被强制快速降低到与交流侧相对应的值。在变流器谐振换流中的阶段 5，并联于已导通二极管的半导体开关在零电流和零电压情况下开通，此时阶段 2 中导通的周波变换器半导体开关电流逐渐降为零，最终在谐振换流的阶段 6 中

变流器,辅助电源,控制系统

图 3-6 变流器控制系统模型Fig. 3-6 converter control system model图 3-7 变流器控制系统辅助电源模型Fig. 3-7 The auxiliary power model of the flow control system

【参考文献】