基于多绕组隔离变压器的高压直流双向DC/AC变换技术研究

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随着电力电子技术的进步,电力电子变换器开始向着标准化、集成化的趋势发展。本文所研究的输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)DC/AC变换器,直接将多个逆变器模块输入侧串联、输出侧通过多绕组工频变压器实现等效并联,该拓扑降低了开关器件的电压应力,且具有多电平输出特性,适用于高压直流输入场合。此外,该拓扑不仅易于扩展,利于模块化设计以降低系统开发设计难度、提高系统可靠性,且一方面相比于多个变压器实现并联可以有效减少体积和成本,另一方面相比于常用的DC/DC变换器和DC/AC逆变器组成的两级高频隔离式ISOP DC/AC变换器,可用于更大功率的场合。论文主要研究内容包括以下几个方面:(1)介绍了直流输电的研究背景及意义,叙述了直流输电技术的发展过程,对直流输电常用的变换器拓扑进行分类总结,讨论了这些拓扑现阶段存在的问题,以及介绍了输入串联型DC/AC变换器的研究现状。(2)介绍了一种单级低频隔离式ISOP逆变器拓扑,适用于高压直流输入的大功率场合。对该拓扑的输入电压稳定性进行分析,指出加入输入均压控制的必要性。输入均压控制的本质是实现各模块有功功率均衡,为此本文提出了旋转坐标系下的输入均压控制策略,通过调节各模块d轴电流进而调节有功功率实现输入均压。(3)通过载波移相和移相变压器实现ISOP逆变器输出多电平特性,降低了电压变化率,消除了交流侧谐波,并根据电路模态分析输出并联型逆变器多电平产生的机理。(4)将ISOP逆变器拓扑同ANPC三电平逆变器以及MMC在扩展性、电平数以及成本等多个方面进行优劣对比,突出ISOP逆变器的优越性。(5)对输入均压环和系统外环进行解耦分析,即可分别设计参数。通过MATLAB软件搭建了2模块的单相、三相离网和三相并网三种类型的ISOP逆变器拓扑的仿真模型。对系统进行了稳态和动态仿真,验证了输入均压控制策略的有效性;通过对输出电压电流的频谱分析,验证了载波移相和移相变压器消除交流侧谐波的有效性。
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