本文關(guān)鍵詞： 固態(tài)變壓器 智能電網(wǎng) 控制策略 FREEDM 電能質(zhì)量　出處：《山東大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：固態(tài)變壓器(SST)是一種新型智能電能變換設(shè)備,與傳統(tǒng)電力變壓器相比,固態(tài)變壓器融合了電力電子變換技術(shù),采用高頻隔離的中間直流環(huán)節(jié),可實(shí)現(xiàn)原邊和副邊的靈活控制。其突出的特點(diǎn)在于輸入電流、輸出電壓可調(diào),功率因數(shù)可控。由于具備以上優(yōu)點(diǎn),將固態(tài)變壓器用于電力系統(tǒng)可提高系統(tǒng)可控性,并可改善電能質(zhì)量,便于新能源發(fā)電并網(wǎng),將推動智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展。 本文首先介紹了固態(tài)變壓器發(fā)展過程中的幾種典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方式,對其各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。然后分析了一種具備直流環(huán)節(jié)的級聯(lián)式三級結(jié)構(gòu),即擁有輸入級、隔離級和輸出級的固態(tài)變壓器。以此為基礎(chǔ)展開研究,針對其核心環(huán)節(jié)(VSC)進(jìn)行了建模和分析,并結(jié)合各環(huán)節(jié)的控制目標(biāo)制定了相應(yīng)的控制策略。輸入級采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)解耦控制策略,隔離級采用開環(huán)控制,輸出級采用具備電壓前饋補(bǔ)償?shù)碾妷弘娏麟p環(huán)控制。針對不同的控制要求,可選擇靈活的控制方法和調(diào)制手段,文中主要采用基于電機(jī)學(xué)中Park變換理念和空間矢量調(diào)制(SVPWM)調(diào)制方法對固態(tài)變壓器的變流器環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。隨后基于固態(tài)變壓器的優(yōu)良特性,對其在新能源微網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索,介紹了FREEDM智能微網(wǎng)的概念和系統(tǒng)構(gòu)成,并闡述了SST在網(wǎng)絡(luò)中的配置模式。針對光伏和風(fēng)電兩個典型新能源發(fā)電領(lǐng)域,分析了固態(tài)變壓器的優(yōu)勢和應(yīng)用價值。 利用Matlab/Simulink中的電力系統(tǒng)仿真工具箱對SST各個環(huán)節(jié)按照設(shè)計(jì)的參數(shù)和給定的控制策略搭建仿真模型,并對控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化選擇,通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了各環(huán)節(jié)控制策略的合理性,顯示固態(tài)變壓器具備一定的無功補(bǔ)償功能,輸入級的控制保證了網(wǎng)側(cè)電壓電流在負(fù)載變動時具備良好的跟隨特性,并可實(shí)現(xiàn)輸入單位功率因數(shù),直流側(cè)輸出電壓恒定；隔離級在變比一定的情況下,開環(huán)控制即可滿足輸出電壓穩(wěn)定的要求；輸出級的控制則保證了在負(fù)載變動時,輸出三相電壓恒定且對稱。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)非正常運(yùn)行狀態(tài)時,具備直流環(huán)節(jié)的級聯(lián)式固態(tài)變壓器可有效改善供電狀況,既能實(shí)現(xiàn)負(fù)載波動下的輸入側(cè)電流波形正弦要求和保持輸出電壓穩(wěn)定,又能有效隔離原邊電源變動對副邊負(fù)載電壓的影響。 最后本文在理論分析和軟件仿真的基礎(chǔ)上,搭建了基于數(shù)字信號處理器(DSP)和絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)的SST試驗(yàn)系統(tǒng)平臺。硬件系統(tǒng)包括主電路、信號采集調(diào)理電路和驅(qū)動電路,軟件基于TMS320F2812的DSP開發(fā)平臺編寫了主程序和中斷服務(wù)程序,實(shí)現(xiàn)了基于雙環(huán)解耦控制算法(?)口SVPWM調(diào)制算法的SST控制,并進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了SST的優(yōu)越性能。
[Abstract]:Solid-state transformer (SST) is a new type of intelligent power conversion equipment. Compared with traditional power transformer, solid-state transformer combines power electronic transformation technology and uses high-frequency isolation of the intermediate DC link. The flexible control of the primary and secondary edges can be realized. Its outstanding features are that the input current, the output voltage can be adjusted, and the power factor can be controlled. The application of solid-state transformer in power system can improve the controllability of the system, improve the power quality, facilitate the grid connection of new energy generation, and promote the construction and development of smart grid. In this paper, several typical topology structures and their control methods in the development of solid-state transformer are introduced, and their advantages and disadvantages are compared. Then, a cascade three-stage structure with DC link is analyzed. That is, solid-state transformer with input stage, isolation stage and output stage. Combined with the control objectives of each link, the corresponding control strategy is worked out. The input stage adopts the voltage outer loop, the current inner loop is decoupled, and the isolation stage adopts the open loop control. The output stage adopts voltage and current double loop control with voltage feedforward compensation. According to different control requirements, flexible control methods and modulation methods can be selected. In this paper, the converter link of solid-state transformer is controlled based on the idea of Park transform and space vector modulation (SVPWM) modulation, and then based on the excellent characteristics of solid-state transformer. Its application in new energy microgrid is explored, and the concept and system structure of FREEDM intelligent microgrid are introduced. The configuration mode of SST in the network is expounded, and the advantages and application value of solid-state transformer are analyzed in the field of photovoltaic and wind power generation. The power system simulation toolbox in Matlab/Simulink is used to build the simulation model of each link of SST according to the design parameters and the given control strategy. The optimal design parameters of the controller are selected. The simulation results verify the rationality of each link control strategy and show that the solid-state transformer has a certain reactive power compensation function. The control of the input stage ensures that the voltage and current of the grid side have good following characteristics when the load changes, and the input unit power factor and the output voltage of the DC side are constant. The open loop control can meet the requirement of output voltage stability under the condition of variable ratio of isolation stage. The output stage control ensures that the output three-phase voltage is constant and symmetrical when the load changes. When the power system appears abnormal operation condition, the cascaded solid-state transformer with DC link can effectively improve the power supply condition. It can not only realize the sinusoidal requirement of input side current waveform under load fluctuation and keep the output voltage stable, but also effectively isolate the influence of the change of the primary side power supply on the secondary load voltage. Finally, this paper is based on theoretical analysis and software simulation. The SST test system platform based on DSP (Digital signal processor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is built. The hardware system includes main circuit, signal acquisition and conditioning circuit and drive circuit. The main program and interrupt service program are programmed on the DSP development platform based on TMS320F2812, and the dual loop decoupling control algorithm is realized. The SST control of the port SVPWM modulation algorithm and the physical experiment are carried out to verify the superior performance of SST.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM76;TM41

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