新能源中压并网用零电流开关直流变换器

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随着全球能源消耗的持续增长,使用可再生能源进行发电(如光伏发电和风力发电)越来越受欢迎。随着可再生能源发电的大规模集成,采用中压直流(Medium Voltage DC,MVDC)电网作为电力收集系统比传统的中压交流电网更有利。其中,升压DC/DC变换器是可再生能源与MVDC电网之间的关键环节,主要有隔离型和非隔离型两种拓扑结构。考虑到系统对稳定性和可靠性的要求,隔离型结构在MVDC电网中被广泛采用。本文以适用于新能源发电MVDC汇集的大功率DC/DC变换器为研究对象,从拓扑结构、控制策略和软开关实现等方面展开研究。本文的研究工作主要为:提出了一种基于具有两个输出电容滤波器的双变压器的混合谐振零电压零电流开关(Zero-Voltage-Zero-Current-Switching,ZVZCS)三电平(Three Level,TL)DC/DC转换器,该转换器可应用于分布式光伏(Photovoltaic,PV)与MVDC配电系统集成的中压发电。主转换器在传统的中性点钳位TL电路上增加了一个辅助电路,使用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制中性点钳位TL电路,以实现整个变换器的功率和电压调节,使主开关工作在固定的占空比,简化控制。辅助电路部分实现整个转换器的功率传输和电压调节,使基本TL四个开关以固定占空比工作。通过智能设计,基本TL电路的初级变压器的匝数比可以传输大部分功率,并可以在满载范围内实现ZCS,从而显着降低了开关损耗。通过提高次级变压器的匝数比,可以抑制转换器损耗,并可以显着提高转换效率。此外,根据第二章对转换器工作原理的详细分析和实验结果,通过对辅助电池进行改进,上述两个新型ZCS转换器的辅助开关可以实现ZVS的导通和关断。如第一章所述,ZVS更适合MOSFET,因此如果辅助开关使用MOSFET,其ZVS的实现更有利于降低转换器的开关损耗,但MOSFET的电压应力不高,因此,需要找到一种方法来降低辅助开关的电压应力。为此,本文对辅助电路进行了改进,并成功地将辅助开关的电压应力降低到原来的一半,这为使用MOSFET作为辅助开关提供了有利条件,并为辅助开关谐振ZVZCS提出了低电压应力全桥转换器。最后,搭建了一台300 V-1.5 k V/1.5 k W的实验装置,验证了所提转换器性能、软开关实现及控制策略的可行性和有效性。
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