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基于双副边绕组dab的级联型直流固态变压器拓扑与控制研究

基于双副边绕组DAB的级联型直流固态变压器拓扑与控制研究

引用

作者：郭云翔燕山大学

学位级别：硕士

中高压直流输电、新能源分布式发电、储能设备以及直流负荷的快速发展与成熟,对中高压直流配电网的应用提出了迫切的需求。直流固态变压器(DC Solid State Transformer,DCSST)作为中高压直流配电网应用中的关键环节,受到了国内外学者的... 详细信息

中高压直流输电、新能源分布式发电、储能设备以及直流负荷的快速发展与成熟,对中高压直流配电网的应用提出了迫切的需求。直流固态变压器(DC Solid State Transformer,DCSST)作为中高压直流配电网应用中的关键环节,受到了国内外学者的广泛关注。目前来说,DCSST的拓扑结构普遍采用双有源桥变换器(Dual Active Bridge,dab)的串并联,但是该结构无法实现冗余设计和故障隔离,限制了其在中高压直流配网中的应用范围。另外,dab也存在着高频链电压不匹配时功率回流大,轻载运行时不易实现零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)等问题。为了解决上述DCSST存在的问题,本文提出了一种基于双副边绕组dab的级联型DCSST,它是由多个基于半桥Boost模块和双副边绕组dab模块的DC-DC单元串并联而成。本文首先给出了级联型DCSST的主电路拓扑,并基于半桥Boost模块和双副边绕组dab模块分析了级联型DCSST的工作原理和电压功率特性。同时,分别针对传统移相和拓展移相两种调制策略分析了双副边绕组dab模块的轻载软开关特性,并且在这两种调制策略的基础上提出了轻载实际软开关方案。其次,对DC-DC单元能量双向传输时的电压和功率特性进行了分析,根据功率表达式分析了各DC-DC单元电感电容参数不一致时输入均压和输出均流控制的稳定性,给出了基于轻载实际软开关方案的均压均流控制策略。再者,为了保证级联型DCSST在不同运行状态下的可靠运行,分析了级联型DCSST的故障类型和故障特性,分别给出了外部和内部故障类型下的隔离保护方案,并分析和设计了系统的启动过程和容错方案。最后,根据级联型DCSST的工作原理和特性给出了磁性元器件的设计流程。设计搭建了1.2kW的实验样机,对级联型DCSST的工作原理、轻载软开关特性和均压均流控制策略的可行性和优越性进行了验证。

关键词：级联型DCSST 双副边绕组dab 轻载软开关均压均流控制故障隔离保护

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