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作者：徐铭中南大学

学位级别：硕士

电力电子变压器由电力电子变换器和高频变压器组成,工作频率比传统工频变压器高,节省了变压器金属的使用,对环境友好。电力电子变压器通过电力电子变换器实现电能变换,具备多功能性,可应用于可再生能源接入、牵引供电系统与电动汽车快... 详细信息

电力电子变压器由电力电子变换器和高频变压器组成,工作频率比传统工频变压器高,节省了变压器金属的使用,对环境友好。电力电子变压器通过电力电子变换器实现电能变换,具备多功能性,可应用于可再生能源接入、牵引供电系统与电动汽车快速充电等领域。在中高压大功率的应用场合中,受限于功率半导体的耐压水平,电路拓扑通常采用输入串联输出并联的级联型模块化结构,以降低电压应力,实现功率扩容。然而由于系统模块间不可避免存在参数差异,各模块的电压、电流、功率和发热不均衡,影响系统的正常运行,严重时可能导致系统崩溃。为保证系统的稳定安全运行,本文针对级联型矩阵式电力电子变压器的均压均流控制展开了研究。首先,提出一种级联型矩阵式电力电子变压器系统的拓扑结构,分析系统的工作原理和特性,为后续功率不均衡影响因素的分析与控制策略的提出奠定基础。然后,考虑功率元件的参数差异和系统的损耗差异造成的各模块参数不匹配的情况,开展了级联型矩阵式电力电子变压器系统功率不均衡影响因素的理论分析,定量分析了不同因素对系统功率不均衡的影响程度。在系统功率不均衡影响因素分析的基础上,分析对象输入均压与输出均流的关系,提出一种基于前级电压补偿的分散式均衡控制策略。在该控制策略中,前级电压经过均压控制器得到一个电流补偿量,修正输出级均功率控制中的参考电流,实现了各模块的功率均衡。最后,通过仿真验证了提出的控制方法的正确性,并搭建了级联型矩阵式电力电子变压器实验样机进行实验验证。实验结果表明,该控制策略实现了系统各模块之间的功率均衡,保证了系统的正常可靠运行。图72幅,表20个,参考文献73篇

关键词：矩阵式电力电子变压器级联型系统功率均衡控制均压均流控制

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输入串联输出并联高压充电机控制策略研究

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电气传动 2019年第9期49卷 52-55页

作者：王旭阳曾凡飞靳运莘中车青岛四方车辆研究所有限公司

在城市轨道交通车辆中,高输入电压的蓄电池充电机逐渐开始得到应用。随着电压提高,开关器件的成本与损耗也随之上升。为降低开关器件的电压应力,提高变换器的效率,提出了一种输入串联、输出并联(ISOP)的高频变换结构,采用2个半桥变换器... 详细信息

在城市轨道交通车辆中,高输入电压的蓄电池充电机逐渐开始得到应用。随着电压提高,开关器件的成本与损耗也随之上升。为降低开关器件的电压应力,提高变换器的效率,提出了一种输入串联、输出并联(ISOP)的高频变换结构,采用2个半桥变换器协同工作。分析了ISOP拓扑结构的工作原理,针对输入电压与输出电流均衡控制,提出了一种耦合双电压闭环控制策略。最后,使用提出的控制策略在仿真模型中进行了实验,并在实际产品中得到了验证。

关键词：轨道交通高压充电机输入串联输出并联均压均流控制

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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

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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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电力电子牵引变压器优化控制策略研究

电力电子牵引变压器优化控制策略研究

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作者：许恺华北电力大学

学位级别：硕士

电力电子变压器(Power electronic transformer,PET)是一种将电力电子变换技术与传统工频变压器相结合以实现电压变换与能量传递的新型变压器。它具有体积小重量轻,可靠性高,功率密度大等优点。应用于机车牵引系统中,可实现牵引变压器... 详细信息

电力电子变压器(Power electronic transformer,PET)是一种将电力电子变换技术与传统工频变压器相结合以实现电压变换与能量传递的新型变压器。它具有体积小重量轻,可靠性高,功率密度大等优点。应用于机车牵引系统中,可实现牵引变压器的小型化和轻量化,对牵引传动系统向高速、大功率方向发展具有重要意义。本文主要研究电力电子变压器在机车牵引系统中的应用,以电力电子牵引变压器(Power electronic traction transformer,PETT)主要环节的控制策略作为研究重点,以优化其在效率和电能质量方面的性能。首先,对电力电子牵引变压器整体结构及其工作原理进行了分析。电力电子牵引变压器为提高其额定功率和电压等级,通常由多个单元模块级联组成。而每个PETT单元模块又由单相AC/DC整流器和双向隔离型DC-DC变换器构成。为此,本文依次建立了电力电子牵引变压器单元数学模型,包括输入级模型和隔离级模型,以及电力电子牵引变压器整机——输入串联输出并联(input-series output-paralleled,ISOP)型级联电力电子牵引变压器的拓扑模型。其次,基于构建的电力电子牵引变压器单元模块数学模型,对单元模块中的单相AC/DC整流器和双向隔离型DC-DC变换器控制策略进行了研究。其中,整流环节以构建的数学模型为基础,分析了单相PWM整流器交流侧低次谐波的产生原因,指出了传统PI控制的不足,并基于准PR控制原理和谐波补偿技术给出了一种新的控制策略。将其与PI控制进行了对比研究,研究结果表明,通过准PR控制+谐波补偿技术有效抑制电网侧电流谐波,改善系统的暂稳态性能。在直流环节重点分析了双向隔离型DC-DC变换器在双移相控制下的“软开关”特性与功率回流特性,在此基础上提出了一种双移相优化控制算法,该算法以扩大开关管“软开关”范围和减小变换器回流功率为约束条件,通过移相角的优选,协调系统对开关管“软开关”范围和回流功率的要求,使系统在满足桥臂功率管“软开关”条件的同时,得到更小的回流功率,从而提高变换器效率。再次,在以上研究的基础上搭建了一台电力电子牵引变压器小功率单元实验样机。该样机的控制系统采用DSP与FPGA相结合的形式。设计了PETT主电路的参数,重点分析了整流环节和高频隔离环节的滤波器的设计方法。通过样机实验对所提控制策略进行了进一步验证,实验结果表明所提控制策略可有效改善电力电子牵引变压器电能质量,提高系统效率。最后,基于构建的输入串联输出并联(ISOP)型级联电力电子牵引变压器拓扑的数学模型,分析了输入电压与输出电流不均衡的原因,以及输入均压与输出均流之间的关系。由于ISOP型PETT的输入均压无法确保输出均流,本文提出了一种基于前后级协调控制的输入均压和输出均流控制策略。该控制策略在输入级单相dq矢量控制的基础上引入均压控制,在隔离级基于移相控制原理引入均流控制,并以输出直流电流的实测值作为反馈信号,无需进行复杂的功率计算,因而更有利于工程实现。仿真结果表明所提控制策略实现了模块间的输入均压和输出均流。

关键词：电力电子牵引变压器准PR控制双移相优化控制载波相移调制均压均流控制

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