【摘要】：大容量DC-DC變換器是建立和發(fā)展高壓直流電網(wǎng)的核心裝備。其中,基于高壓高頻變壓器磁耦合的DC-DC變換器在實(shí)現(xiàn)電氣隔離及可靠性提升方面具有明顯優(yōu)勢(shì),是未來電力系統(tǒng)應(yīng)用的重要發(fā)展方向。高壓高頻變壓器作為制約大容量DC-DC變換器研制及商業(yè)應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸,在基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究方面極為缺乏。本文聚焦于高壓高頻變壓器的寄生參數(shù)效應(yīng),采用理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的手段,對(duì)高壓高頻變壓器的寬頻建模方法進(jìn)行了深入研究。本文提出了高壓高頻變壓器寬頻機(jī)理模型。模型充分考慮了高壓高頻變壓器的電感特性和電容效應(yīng),包括繞組與磁芯、外殼間的電容,模型參數(shù)具有明確的物理意義。針對(duì)高壓高頻變壓器繞組匝數(shù)大且具有跑道型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),采用基于加權(quán)算法的二維有限元方法提取了模型參數(shù)。通過對(duì)一臺(tái)高壓高頻變壓器原型機(jī)在端接不同負(fù)載時(shí)和不同繞組端子接地時(shí)的阻抗特性進(jìn)行測(cè)量和仿真,驗(yàn)證了寬頻機(jī)理模型及其參數(shù)計(jì)算方法的有效性,同時(shí)揭示了繞組接地對(duì)高壓高頻變壓器諧振頻率的影響。本文所提寬頻機(jī)理模型及其參數(shù)計(jì)算方法為在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)識(shí)和調(diào)控高壓高頻變壓器的寄生參數(shù)效應(yīng)提供了有力工具。本文提出了高壓高頻變壓器的端子電容等效方法。從多導(dǎo)體系統(tǒng)部分電容的概念出發(fā),通過定義與繞組電位分布規(guī)律有關(guān)的系數(shù)矩陣,將繞組各匝線圈間的部分電容等效為繞組端子間的端子電容,顯著降低了部分電容參數(shù)帶來的模型復(fù)雜度。同時(shí)建立了端子電容與部分電容間的定量關(guān)系,揭示了端子電容本質(zhì)上是部分電容的線性加權(quán)和,其加權(quán)系數(shù)與繞組的電位分布情況有關(guān)。通過一臺(tái)空心電抗器與高壓高頻變壓器原型機(jī),驗(yàn)證了端子電容等效方法的有效性。本文所提端子電容等效方法提供了一種將變壓器內(nèi)部各導(dǎo)體間分布電容參數(shù)等效為繞組端子間集總電容參數(shù)的有效途徑,同時(shí)揭示了這些集總電容參數(shù)的等效機(jī)制,對(duì)高壓高頻變壓器電容效應(yīng)的分析與調(diào)控具有一定指導(dǎo)意義。本文提出了高壓高頻變壓器電容參數(shù)的實(shí)驗(yàn)提取方法。通過分析阻抗諧振頻率間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),揭示了大變比情況下一些阻抗諧振頻率很高而難以測(cè)量的原因,從而指出了基于阻抗測(cè)量的傳統(tǒng)電容提取方法在應(yīng)用于高壓高頻變壓器時(shí)存在的不足。同時(shí),通過分析傳輸特性諧振特征,提出了基于電壓傳輸特性測(cè)量的電容提取方法,利用反映變壓器漏感和繞組間電容并聯(lián)諧振的電壓傳輸特性零點(diǎn)頻率,彌補(bǔ)了因阻抗頻率無法測(cè)量而缺失的電容約束方程。通過對(duì)幾臺(tái)高頻變壓器進(jìn)行阻抗與傳輸特性測(cè)試,對(duì)兩種電容提取方法進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,本文所提基于電壓傳輸特性測(cè)量的電容提取方法有效解決了大變比條件下實(shí)驗(yàn)提取高壓高頻變壓器電容參數(shù)的難題。作為寬頻建模方法的應(yīng)用,本文揭示了高壓高頻變壓器帶不同性質(zhì)負(fù)載下電壓與電流傳輸特性的變化規(guī)律,獲得了寄生參數(shù)、負(fù)載與傳輸特性諧振頻率間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出了固定頻點(diǎn)下電壓與電流傳輸比的調(diào)控方法,并討論了具體的調(diào)控措施。通過高壓高頻變壓器原型機(jī),驗(yàn)證了傳輸特性分析與調(diào)控方法的有效性。本文所提傳輸特性調(diào)控方法可以保證高壓高頻變壓器實(shí)現(xiàn)預(yù)期的電壓與電流變換。
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【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM433

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2462712