H桥级联型电力电子变压器的控制系统研究

发布时间：2017-09-09 12:14

  本文关键词：H桥级联型电力电子变压器的控制系统研究

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【摘要】：电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为一种新型电力变压器,通过在常规电力变压器基础上,引入电力电子变换技术,克服了传统变压器的一些固有缺点,使变压器的一次侧和二次侧电压和电流可以灵活控制,从而具备了解决现代电力系统面临的许多新问题的潜力。本文介绍了H桥级联型电力电子变压器的拓扑结构、工作原理及优点,重点对电力电子变压器的相关控制策略进行了研究。首先,详细分析了单相PWM整流桥、带变压器的隔离型双向DC-DC变换器和三相逆变器的拓扑结构、工作原理及各个开关模态。进而通过虚拟轴的构造,提出了基于单相D-Q变换的单相PWM整流桥的电压电流双闭环解耦控制,使电流快速准确的跟踪指令电流,实现了输入电压电流的同相位。然后提出了隔离型双向DC-DC的移相角控制,实现了功率的双向流动可控,并分析了功率的最大传输点。最后提出了基于LC滤波器的三相逆变器的电压电流双闭环解耦控制,使逆变器具有良好的动态性能,实现了输出电压的低畸变率。此外,针对各H桥硬件之间存在的差异导致的各H桥直流侧电压的不平衡,提出了级联H桥直流侧电压均衡控制,通过在各H桥的控制上叠加修正量,实现了电容电压之间的平衡。针对各个双主动桥(Dual Active Bridge,DAB)之间存在的硬件差异,导致的各DAB单元功率流动的不平衡,提出了DAB功率均衡控制,通过在各DAB的移相角上叠加修正量,实现各DAB之间的传输功率平衡。PET在负载突变时,输入级和隔离级对输出功率的改变响应较为缓慢,会出现直流侧电压波动和输出电压畸变,针对此问题,基于PET输入输出功率守恒提出了PET前馈控制,通过将PET负载功率前馈到输入级和隔离级,提高了输入级和隔离级对PET负载突变的响应能力,增强了PET的稳定性。搭建了仿真模型并验证了上述控制策略的可行性。以DSP和FPGA为开发平台,本文介绍了电力电子变压器的硬件和软件方面的设计。首先给出了主电路的总体控制结构和输入、隔离、输出级的参数设计方法,然后介绍了包括电压鉴相电路、采样调理电路、故障保护电路和并网电阻在内的硬件电路,最后介绍了DSP、FPGA的联合控制结构,并分模块介绍了DSP、FPGA程序的设计。
【关键词】：电力电子变压器 控制策略 电能质量 前馈控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 电力电子变压器的发展11-15
• 1.2.1 电力电子变压器研究现状11-14
• 1.2.2 电力电子变压器分类及特点14-15
• 1.3 本文的主要内容15-16
• 第2章 H桥级联型电力电子变压器的结构与原理16-30
• 2.1 输入级结构与原理17-23
• 2.1.1 单相PWM整流桥结构与原理17-20
• 2.1.2 载波移相调制20-23
• 2.2 隔离级结构与原理23-27
• 2.3 输出级结构与原理27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 电力电子变压器的控制策略30-48
• 3.1 输入级控制策略30-34
• 3.1.1 单相D-Q矢量变换30-31
• 3.1.2 电压电流双闭环解耦控制31-33
• 3.1.3 级联H桥直流侧电压均衡控制33-34
• 3.2 隔离级控制策略34-36
• 3.2.1 移相角控制34-36
• 3.2.2 DAB功率均衡控制36
• 3.3 输出级控制策略36-38
• 3.4 电力电子变压器前馈控制38-41
• 3.4.1 直流侧电压波动分析39-40
• 3.4.3 负载波动前馈控制40-41
• 3.5 仿真研究41-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 H桥级联型电力电子变压器的设计48-63
• 4.1 主电路总体结构和参数设计48-53
• 4.1.1 输入级主电路参数设计48-51
• 4.1.2 隔离级主电路参数设计51-52
• 4.1.3 输出级主电路参数设计52-53
• 4.2 控制系统硬件设计53-57
• 4.2.1 电压鉴相电路54-55
• 4.2.2 采样调理电路55
• 4.2.3 故障保护电路55-56
• 4.2.4 并网电阻56-57
• 4.3 控制系统软件设计57-62
• 4.3.1 DSP程序设计57-60
• 4.3.2 FPGA程序设计60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文69-70
• 致谢70

【参考文献】

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本文编号：820372