单级式高频隔离型模块化级联变换器研究

作     者：温联鑫 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨冬锋

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：中压交流并网 高频隔离 模块化级联变换器 单级式功率变换 移相控制 

摘      要：当今,天然气、石油等一次能源日渐枯竭,而太阳能等新能源以迅猛发展的态势逐步成为化石燃料的替代品。目前,集中式光伏主要通过电压源型变流器再经过工频升压变压器来实现中压交流并网,但是工频变压器存在着体积大、重量重、可控性差等固有问题,不利于在边远地区光伏电站的运输及安装维护。本文针对无工频变压器光伏中压交流并网系统提出了一种高频隔离型模块化级联变换器(Isolated Modular Cascaded Converter,I-MCC),该变换器属于单级式功率变换,省去了高压侧中间直流环节电容,显著减小体积的同时简化了模块电容间的电压平衡控制,提高了功率密度及运行效率。首先,对本文所提I-MCC的拓扑结构、工作原理、所采用的移相调制策略以及多模块载波移相调制策略进行了详细说明,然后针对I-MCC存在的输出电压直流偏移问题提出了一种基于直流调制比补偿的直流分量抑制策略,紧接着分析了I-MCC在移相调制下的工作模态。其次,对于载波移相控制下的多模块I-MCC系统,分析总结了其交流侧电感电流的变化规律,并在此基础上对I-MCC的滤波器、高频变压器及电压箝位电路的各项参数进行了优化设计,为实验平台搭建提供基础。然后针对Y接三相I-MCC光伏并网系统,在建立了I-MCC数学模型的基础上,提出了适用于Y接三相I-MCC光伏并网系统的PQ控制策略,该控制策略包括功率外环控制以及电流内环控制两部分,并且通过仿真验证了该PQ并网控制策略的正确性。最终,搭建了3kW的单相I-MCC硬件实验平台,并通过稳态实验以及暂态实验验证了所提I-MCC拓扑结构及其调制、控制策略的可行性和有效性,实验结果与理论分析基本一致,证明了I-MCC能够实现低压直流到中压交流的高效转换,可应用于光伏中压交流并网。