基于模块化多电平矩阵变换器的电力电子变压器研究

发布时间：2017-08-12 20:19

  本文关键词：基于模块化多电平矩阵变换器的电力电子变压器研究

  更多相关文章： 电力电子变压器(PET) 模块化多电平矩阵变换器(M3C) 层次化电容平衡控制 移相控制 RT-lab实时仿真

【摘要】：变压器广泛应用于各个领域,如电网中的配电变压器、电力机车中的牵引变压器等,且某些领域所用变压器的数量之多,足够使变压器的性能直接影响整个系统的适用性、可靠性和经济性。但随着智能电网的提出、分布式新能源的发展及铁路高速列车的提速,传统变压器已满足不了电力领域日益发展的需求。在这一背景下,通过电力电子变换技术实现能量传递和电压变换的新型变压器—电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)得到越来越多的关注。PET除了可实现传统变压器的基本功能之外,还可以实现电网互联、分布式能源并网、无功补偿等功能,所以其应用领域十分广泛,如分布式能源并网、机车牵引及电网互联等。本文通过对国内外关于PET现有拓扑及研究现状进行分析,可知现有的PET拓扑大多不能满足高压、大容量的场合,而且含有多个中高频变压器,不仅效率低、造价高,而且没有解决传统变压器体积、重量大的问题。实现变压器的小型轻量化仍然是设计新型PET的首要目标,为实现这一目标,而且随着智能电网与新能源发电技术的发展,本文对基于模块化多电平矩阵变换器(Modular Multilevel Matrix Converters, M3C)的PET新型拓扑结构进行研究。该拓扑结构核心M3C的易扩展性及控制的灵活性使该拓扑结构特别适用于中／高电压、大功率场合,如配电网、高速列车机组等。该拓扑结构只需要一个中频变压器,在体积和重量上较已存在的拓扑具有明显优势。而且,M3C子模块采用全桥结构,可以输出直流也可以输出交流,可以输出工频,也可以输出中频用于电力电子变压器。该PET拓扑可实现能量的双向流动,可应用于新能源并网、电网互联等领域。本文重点介绍了基于M3C的PET各种拓扑的基本结构及其原理,通过建立拓扑的数学小信号模型,提出一套兼顾M3C电容电压平衡控制的PET控制策略,M3C控制采用以桥臂电流直接控制为基础的电容电压层次化控制策略,副边全桥采用输出电压移相单闭环和移相双闭环控制策略,并简单介绍了基于其它型M3C的PET拓扑的控制策略,输入、输出电流在桥臂电流中的有功分量均可以作为控制量,各型M3C电容电压平衡控制均采用层次化控制。在Matlab中搭建了各种PET拓扑结构的Simulink模型,进行了软件仿真,验证了提出策略的正确性,并在RT-lab实时仿真器平台进行了实时仿真验证,验证了提出控制策略的可行性和有效性,并具有优良的动静态特性。
【关键词】：电力电子变压器(PET) 模块化多电平矩阵变换器(M3C) 层次化电容平衡控制 移相控制 RT-lab实时仿真
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM41
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题研究背景13-15
• 1.2 研究现状15-21
• 1.3 本文研究内容及安排21-23
• 第2章 基于M3C的PET拓扑及工作原理23-36
• 2.1 模块化多电平矩阵变换器23-27
• 2.2 基于MMC的PET拓扑结构27-33
• 2.2.1 基于单相M3C的PET拓扑结构27-29
• 2.2.2 基于3相/2相型M3C的PET拓扑结构29-31
• 2.2.3 基于其它型M3C的PET拓扑结构31-33
• 2.3 基于M3C的PET的工作原理33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 基于单相M3C的PET控制策略36-65
• 3.1 M3C小信号模型与分析36-41
• 3.2 单相M3C控制策略41-52
• 3.2.1 桥臂电流独立控制41-43
• 3.2.2 电容电压平衡控制策略43-52
• 3.3 输出电压移相闭环控制52-59
• 3.3.1 移相单闭环控制52-55
• 3.3.2 移相双闭环控制55-59
• 3.4 软件仿真验证59-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第4章 基于其它型M3C的PET拓扑的控制策略65-75
• 4.1 基于3相/2相型M3C的PET控制策略65-67
• 4.2 基于2相/3相型M3C的PET控制策略67-71
• 4.2.1 2相/3相型M3C控制策略67-68
• 4.2.2 副边三相桥控制策略68-71
• 4.3 基于3相/3相型M3C的PET控制策略71-72
• 4.4 用于电网互联基于M3C的PET控制策略72-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第5章 RT-lab实时仿真验证75-87
• 5.1 RT-lab实时仿真平台75-77
• 5.2 基于M3C的PET的RT-lab实时仿真验证77-86
• 5.2.1 基于单相M3C的PET的RT-lab实时仿真77-80
• 5.2.2 基于3相/2相型M3C的PET的RT-lab实时仿真80-82
• 5.2.3 基于2相/3相型M3C的PET的RT-lab实时仿真82-84
• 5.2.4 基于3相/3相型M3C的PET的RT-lab实时仿真84-86
• 5.3 本章小结86-87
• 第6章 结论与展望87-89
• 附录89-90
• 参考文献90-95
• 致谢95-96
• 附件96

【参考文献】

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1 ;高速列车轻量化技术[J];机车电传动;2004年04期

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本文编号：663453