【摘 要】
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能量路由器作为未来能源系统中的核心设备,不仅为分布电源、分布储能和负载提供了即插即用的接口,还担任了区域间能量分配的角色;而固态变压器作为能量路由器中重要的组成部分一直是研究的热点,但固态变压器存在耐压不高,整体效率偏低,控制复杂等问题。基于此本文探讨了目前固态变压器研究中应用广泛的级联拓扑及其相应的控制和装置的启动方法。本文分析了模块化级联型固态变压器的拓扑结构,对其中级联H桥（CHB）级、高频
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能量路由器作为未来能源系统中的核心设备,不仅为分布电源、分布储能和负载提供了即插即用的接口,还担任了区域间能量分配的角色;而固态变压器作为能量路由器中重要的组成部分一直是研究的热点,但固态变压器存在耐压不高,整体效率偏低,控制复杂等问题。基于此本文探讨了目前固态变压器研究中应用广泛的级联拓扑及其相应的控制和装置的启动方法。本文分析了模块化级联型固态变压器的拓扑结构,对其中级联H桥（CHB）级、高频隔离（HFI）级和逆变级进行了数学建模得到小信号数学模型;对比了传统的模块化级联固态变压器的控制策略,针对均压均功率问题提出一种输入平衡输出恒定一体控制方法,并且给出了适合本控制方法的系统启动方法,最后通过仿真与实验验证提出方法的正确性。具体研究亮点如下:（1）通过对CHB级拓扑的分析,在CHB级使用单相D-Q共同占空比控制方法,使得CHB级能够对有功和无功功率分别独立控制,并且控制各个模块直流母线电压之和保持不变,使得系统不会随着模块的增加而导致系统的复杂度增加,并提出的控制算法进行了 MATLAB建模仿真,验证了控制算法的正确性。（2）本文对HFI级中单个DAB模块和整体输出并联分别进行了建模,分别为单独的DAB变换器、基于输出电压控制的输出并联DAB变换器和基于功率均衡控制的输出并联DAB变换器,为后文中对HFI控制器的设计提供了理论依据。（3）本文提出了一种输入平衡输出恒定一体控制方法,在该控制策略下,HFI级输出并联的结构可以等效为输入串联输出并联的结构,同时该控制策略在HFI级同时实现了输出电压控制和功率均衡控制,大大简化了控制器的结构和降低了控制器设计的难度;针对本文所提的控制方法,提出了一种系统自平衡软启动控制方法,避免了传统启动方法下,由于线路的参数不匹配引起的母线上电压失控和电压电流的过载。（4）本文搭建了一台3kW级联固态变压器的实验平台,分别对系统平台的硬件设计和软件设计给了详细的分析,并通过工程实践解决了系统控制器设计理论与实际差异、系统启动等问题,证明了本文所提控制方法的正确性。最后,通过在MATLAB软件上建立仿真和搭建了一台级联模块化固态变压器的实验平台,验证了本文所设计的控制器的有效性。
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