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本文研究的内容是山西省2014年回国留学人员科技活动择优资助项目“固态变压器的非线性控制策略研究”中的主要内容。随着分布式能源和储能设备加入电网,为满足智能电网需求,固态变压器(Solid State Transformer,SST)迅速兴起。固态变压器既能够实现电能传输、电压变换等传统功能,还能够实现能量双向流动、电气隔离,能够灵活控制输入输出电压电流的幅值、相位和频率,并为可再生能源和储能电池直接并网提供接口。三级结构的固态变压器完成这些功能的关键部分是双向DC/DC变换器(Bidirectional DC/DC Converter,BDC)。传统全桥拓扑结构很难使双向DC/DC变换器兼具环流小、功耗小、电压增益范围大等特性,同时传统移相控制方法也很难使双向DC/DC具备稳态精度高、动态响应快和鲁棒性强的的性能。针对上述问题,本文研究分析了双向DC/DC变换器的拓扑结构,建立了数学模型,设计了变频控制方法和能量双向流动方法,并通过仿真和实验验证了其有效性和准确性。具体研究内容如下:阐述了固态变压器的研究背景和国内外发展现状,介绍了双向DC/DC变换器的拓扑结构、现有控制策略和应用场合。针对双向DC/DC变换器采用传统拓扑结构很难兼具环流小、功耗小、电压增益范围大等特性,选定了CLLC谐振型拓扑结构,并详细分析了其工作原理,根据开关频率与谐振频率的关系,分析了变换器的谐振特性,并分析了变换器的输入阻抗特性。阐述了现有双向DC/DC变换器的小信号建模方法及其优缺点,详细介绍了扩展描述函数法的工作原理,选取系统控制变量,建立了双向DC/DC变换器的小信号模型,根据输出-控制的传递函数,分析了开环系统的的稳定性。根据系统技术指标,设计了固态变压器中的双向DC/DC变换器的功率电路,主要包括高频变压器的设计、功率开关管的选型、谐振单元的构建、高低压直流电容的计算、驱动控制电路设计等。针对传统控制方法对双向全桥DC/DC变换器有较优的控制效果,但不适于谐振型双向DC/DC变换器的问题,提出了一种CLLC谐振型DC/DC变换器变频控制方法。该方法通过压控振荡器,能够实现电压到频率的转换,维持输出电压的稳定。计算了采样调理电路的传递函数,推导了压控振荡器的传递函数,设计了补偿控制器,分析了系统闭环工作的稳定性。针对基于电流极性的换向控制方法检测较小的电流时会产生较大误差的问题,提出了一种基于电流极性和电容电压滞环的换向控制方法,完成对系统能量双向流动的控制。根据本文应用于固态变压器中双向DC/DC变换器的理论研究,搭建了基于半实物仿真设备dSPACE的双向CLLC谐振型DC/DC变换器实验平台。介绍了该控制系统,列出了相关系统参数和控制参数,进行了系统仿真与实验,结果表明:(1)系统采用CLLC型拓扑结构,工作于谐振频率点时,逆变级实现了ZVS,减少了开关损耗;(2)系统采用软启动控制方法,抑制了启动电流冲击,实现了双向DC/DC变换器平稳启动;(3)系统采用变频控制方法能够实现对直流电压的稳定控制,提高了系统的稳态精度和动态响应速度,同时也具备较好的鲁棒性能。(4)系统采用基于电流极性和电容电压滞环的换向控制方法,实现了能量双向流动,切换速度快,误差小;