海上风电直流汇集风机组变换器拓扑及控制策略研究

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为实现“碳达峰”、“碳中和”的伟大战略目标,利用新能源发电技术已经成为我国减少二氧化碳排放最有效的手段,海上风力发电作为新能源发电技术中的重要组成部分也迎来了发展契机,随着海上风电装机容量的提升,研究高效的海上风电汇集方式变得十分重要。其中直流汇集相较于交流汇集而言,采用高频变压器而避免使用大体积的工频交流变压器,减小了系统的传输损耗和成本投入,DC/DC变换器作为直流汇集风机组中的关键设备已成为了近些年的研发重点。通过将多个DC/DC变换器组合成输入并联输出串联的系统结构,以满足海上风电直流汇集风机组中DC/DC变换器高增益大容量的需求,选择双有源桥变换器(Dual Active Bridge,DAB)作为子模块变换器,为保证模块化组合中的变换器能够正常运行,对输入并联输出串联的变换器系统实现输出均压的控制策略展开深入研究。本文首先对双有源桥变换器拓扑结构进行研究,对其工作原理和传输功率特性进行了深入的分析,对不同电压变比与回流功率、电感电流应力以及软开关实现条件的关系进行推导计算,并通过仿真进行理论分析验证,仿真结果表明,当双有源桥变换器的电压变比不匹配时会造成回流功率以及电感电流应力增大并且会减小软开关的范围。然后分析影响输入并联输出串联的双有源桥变换器系统输出均压的主要因素,采用输入均流的下垂控制策略,针对传统输入均流的下垂控制策略存在的静态偏差的问题,提出一种改进输入均流的下垂控制策略,通过搭建IPOS-DAB变换器系统的小信号模型对其稳定性进行分析,并对IPOS-DAB变换器系统进行仿真分析,仿真结果验证了改进输入均流的下垂控制策略的稳定性与有效性。最后搭建了一台IPOS-DAB变换器系统的实验样机,分别对实验样机的硬件和软件进行设计,对DAB变换器的理论分析以及改进输入均流的下垂控制策略进行验证,实验结果验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。
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