發(fā)布時(shí)間：2020-04-27 17:02

【摘要】：傳統(tǒng)以化石能源集中式利用為特征的電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展模式正在逐步發(fā)生變革,而支持可再生能源大規(guī)模利用與共享的智能電網(wǎng)或能源互聯(lián)網(wǎng)將成為最終改變能源利用模式、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的新一代電力系統(tǒng)。在新電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備智能、兼容、節(jié)能環(huán)保以及高功率密度的發(fā)展需求下,基于電力電子變換與高頻電磁耦合的電力電子變壓器(Power Electronic Transformer,PET)獲得了廣泛關(guān)注和快速發(fā)展�，F(xiàn)代電力電子變壓器的一種典型拓?fù)涫腔诩?jí)聯(lián)H橋整流器與隔離雙向DC/DC 變換器(isolated bidirectional DC/DC converter,IBDC)兩級(jí)變換電路的級(jí)聯(lián)式PET拓?fù)�。�?jí)聯(lián)式PET具有交流波形質(zhì)量好,電壓和雙向功率控制靈活,能提供靈活的交直流供電端口,以及易于模塊化拓展等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)其多級(jí)功率變換、多模塊組合方式對(duì)其控制策略提出了更高的要求。本文針對(duì)級(jí)聯(lián)式電力電子變壓器的關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行深入研究,以改善波形質(zhì)量同時(shí)降低開(kāi)關(guān)頻率,提高雙向功率下系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)性能和穩(wěn)定性,以及改善不同應(yīng)用場(chǎng)合PET的運(yùn)行效率。主要工作及成果如下:1.混合脈寬多電平調(diào)制方法研究�；诓ㄐ畏纸庖约耙痪S傅里葉級(jí)數(shù)和雙重傅里葉積分方法,對(duì)PET輸入級(jí)CHB電路混合脈寬調(diào)制(Hybrid Pulse Width Modulation,HPWM)的頻譜計(jì)算方法進(jìn)行了理論推導(dǎo),得到HPWM任意電平輸出電壓頻譜解析表達(dá)式,為HPWM技術(shù)的研究應(yīng)用、變流器的諧波分析及濾波問(wèn)題奠定了理論基礎(chǔ);并基于所推導(dǎo)的頻譜計(jì)算式,將HPWM與常規(guī)載波移相(CPS)方法的調(diào)制性能進(jìn)行了對(duì)比。2.不同輸出方式下的級(jí)聯(lián)式PET子模塊均衡控制策略研究。針對(duì)輸出并聯(lián)型PET拓?fù)?分析了 IBDC級(jí)ISOP等效電路輸入均壓和輸出均流的內(nèi)在關(guān)系,提出IBDC級(jí)直流鏈電壓均衡控制策略,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)功率均衡。所提方法無(wú)需CHB級(jí)均衡控制器以及高精度電流傳感器,且可實(shí)現(xiàn)控制環(huán)路間的解耦以及模塊化控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于級(jí)聯(lián)式PET-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中輸出獨(dú)立型PET,提出基于HPWM調(diào)制的電池均衡控制策略,由IBDC控制直流鏈電壓均衡穩(wěn)定,CHB采用HPWM方法實(shí)現(xiàn)對(duì)各電池單元進(jìn)行差異化充放電及SOC均衡控制。3.CHB非線(xiàn)性控制方法研究�；贑HB靜止坐標(biāo)系模型,提出一種狀態(tài)反饋線(xiàn)性化與自抗擾控制技術(shù)相結(jié)合的非線(xiàn)性控制策略,無(wú)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,可確保系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制精度及動(dòng)態(tài)抗擾性能。根據(jù)系統(tǒng)仿射非線(xiàn)性模型及微分幾何非線(xiàn)性理論,選擇基于部分反饋線(xiàn)性化的零動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方案,采用二次型最優(yōu)方法對(duì)線(xiàn)性電流環(huán)部分的反饋增益進(jìn)行確定,并引入諧振環(huán)節(jié)以補(bǔ)償跟蹤相差;對(duì)于零動(dòng)態(tài)(電壓平方)則采用基于擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器的自抗擾控制策略,以提高系統(tǒng)在負(fù)載大范圍擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)。4.CHB和IBDC前后級(jí)協(xié)調(diào)控制策略研究。針對(duì)PET兩級(jí)變換結(jié)構(gòu),提出將輸出電壓控制與直流鏈電壓控制的任務(wù)分派至CHB級(jí)和IBDC級(jí)共同承擔(dān)的協(xié)調(diào)控制策略,以縮減兩級(jí)功率差,降低直流鏈電壓動(dòng)態(tài)波動(dòng),提高雙向功率運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性�；陬l域法對(duì)負(fù)載擾動(dòng)下的直流鏈電壓波動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了建模分析,以及基于根軌跡和靈敏度對(duì)閉環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并與傳統(tǒng)獨(dú)立控制策略進(jìn)行對(duì)比,論證了協(xié)調(diào)控制方法的優(yōu)越性。此外,為確保子模塊直流鏈電壓均衡,在IBDC級(jí)設(shè)計(jì)均衡控制器,與協(xié)調(diào)控制策略合并,得到結(jié)構(gòu)緊湊的PET整體控制策略。
【圖文】：

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑圖１－１邋ｂ）為由輸入ＡＣ／ＤＣ隔離級(jí)和輸出逆變器構(gòu)成的兩級(jí)式ＰＥＴ｜４１］。該拓逡逑撲由于引入了一級(jí)直流環(huán)節(jié)，其可控性較強(qiáng)于單級(jí)式ＰＥＴ，可以實(shí)現(xiàn)電源側(cè)功率逡逑因數(shù)調(diào)節(jié)和維持用戶(hù)側(cè)電壓穩(wěn)定并提供無(wú)功功率，可阻斷交流擾動(dòng)傳播，可提供逡逑低壓直流輸出端口以整合分布式發(fā)電單元［４２］；其主要缺點(diǎn)是原邊矩陣變換器與逡逑高頻（或中頻）變壓器相耦合，存在效率和開(kāi)關(guān)頻率相互制約以及中高壓串聯(lián)應(yīng)逡逑用時(shí)難以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（Ｚｅｒｏ－Ｖｏｌｔａｇｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＺＶＳ）邋［２４］的問(wèn)題，，且功率反逡逑向流動(dòng)時(shí)，原邊負(fù)載端無(wú)法提供直流輸出，限制了其應(yīng)用范圍。除圖１－ｌｂ）外，逡逑電源＆邐＾邋ｉ邐邐ｉ邋［］負(fù)載逡逑ＨＶＡＣｊ邐—？邋＾邐邋ＴＬＶＡＣ

電或機(jī)車(chē)制動(dòng)時(shí)回饋的能量輸送給電網(wǎng)，高效節(jié)能［５８１。值得提出的是，除圖逡逑１－２邋ａ）中輸出并聯(lián)型外，當(dāng)級(jí)聯(lián)式ＰＥＴ用于大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，ＩＢＤＣ低壓逡逑端可采用獨(dú)立輸出方式，接分列的電池單元，如圖１－２邋ｂ）中所示，該級(jí)聯(lián)式逡逑ＰＥＴ－電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Ｂａｔｔｅｒｙ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｓｔｏｒａｇｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ，邋ＢＥＳＳ）方便對(duì)儲(chǔ)能電池單元逡逑進(jìn)行獨(dú)立分布式控制，可避免大量單體串聯(lián)導(dǎo)致電池不均衡、使用壽命短的問(wèn)逡逑題［５９４１］，且ＩＢＤＣ級(jí)可實(shí)現(xiàn)電氣隔離及通過(guò)設(shè)置變壓器變比進(jìn)一步降壓，與僅逡逑采用ＣＨＢ的單級(jí)鏈?zhǔn)剑拢牛樱酉啾�，更易于蓄電池的靈活配置及降低安全隱患。逡逑／ｓ丨ＨＢ１丨邋邐ＩＢＤＣ邋邐邋｜變頻器｜逡逑Ｉ々］［」�。捱姡桑╁义希龋拢策娺姡桑拢模缅澹策娺婂义希妫脲澹哼姡蹋㈠宸植际藉义稀福薄梗簦梗蹋辏蜻婋娫村义希龋拢辏皱澹咤澹桑拢模茫粒捱婂义希幔┹敵霾⒙�(lián)型ＰＥＴ逡逑ａ）邋Ｏｕｔｐｕｔ－ｐａｒａｌｌｅｄ邋ＰＥＴ逡逑／ｓ邋ＨＢ邋１
【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】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642449