模塊化多電平中低壓直流變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、新能源的大規(guī)模利用、網(wǎng)側(cè)負(fù)荷結(jié)構(gòu)的變化以及電力電子換流技術(shù)的快速發(fā)展，使得直流電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。目前，產(chǎn)學(xué)界已對(duì)直流電網(wǎng)的穩(wěn)定性、故障保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等問(wèn)題展開(kāi)研究，并已報(bào)道了諸多直流電網(wǎng)的試點(diǎn)工程。為了實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)之間的高效互聯(lián)以及電能的智能管理，直流變壓器的研究在國(guó)內(nèi)外得到廣泛關(guān)注，并成為電工技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，因此本文圍繞著中低壓直流變壓器應(yīng)用中的若干關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展了深入研究和探討。
　　相比于硅基IGBT，碳化硅MOSF

2、ET開(kāi)關(guān)損耗低，速度快，應(yīng)用在直流變壓器中，可將隔離頻率推高到聲頻范圍以上，大幅度降低噪音，并提高變流器性能。為了利用碳化硅MOSFET的寄生二極管作電路中的續(xù)流二極管，以降低成本和器件封裝難度，本文從關(guān)斷電壓、關(guān)斷電流、電流變化率和結(jié)溫四個(gè)方面系統(tǒng)地評(píng)估了其寄生二極管的反向恢復(fù)特性，并跟碳化硅肖特基二極管和硅基p-i-n二極管進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　針對(duì)直流變壓器的應(yīng)用，產(chǎn)學(xué)界已開(kāi)展了諸多研究。受限于功率半導(dǎo)體器件的電壓等級(jí)，目前

3、直流變壓器的解決方案中常采用多個(gè)高頻變壓器實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)間的電氣隔離和電壓匹配，造成變壓器加工成本高、整機(jī)體積大等問(wèn)題，影響了直流變壓器的工程應(yīng)用前景。針對(duì)上述不足，本文針對(duì)中低壓直流變壓器應(yīng)用提出了一種隔離型能量雙向流動(dòng)的模塊化多電平DC/DC電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了中壓直流和低壓直流間的轉(zhuǎn)換。該結(jié)構(gòu)中壓側(cè)采用模塊化級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)成高壓換流閥，克服了功率半導(dǎo)體器件耐壓不足的問(wèn)題，而后借助一個(gè)雙繞組的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電壓轉(zhuǎn)換。模塊化的結(jié)構(gòu)有

4、利于批量生產(chǎn)和成本控制，同時(shí)電壓調(diào)制自由度高，控制靈活。單個(gè)變壓器容量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于降低變壓器體積和加工成本。為了實(shí)現(xiàn)輸出功率的連續(xù)調(diào)節(jié)和級(jí)聯(lián)模塊的電壓均衡，本文提出了一種雙移相的控制策略。通過(guò)原副邊電壓的移相控制實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)，有效利用了變壓器漏感能量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了器件的軟開(kāi)關(guān)，降低了開(kāi)關(guān)損耗。通過(guò)級(jí)聯(lián)模塊輸出電壓間的移相控制保證了各模塊之間的電壓均衡，控制簡(jiǎn)單，并且在不增加開(kāi)關(guān)頻率的情況下，各模塊電壓實(shí)現(xiàn)快速均衡。本文設(shè)計(jì)制

5、作了基于碳化硅器件的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)所提出的電路結(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證分析。
　　在雙移相控制下，為了簡(jiǎn)化各模塊間的電壓均衡控制，變流器的電壓增益須小于一個(gè)臨界值，壓縮了變流器的優(yōu)化空間。為了克服該電壓增益受限的問(wèn)題，同時(shí)具有雙移相控制的諸多優(yōu)點(diǎn)，本文提出了一種占空比控制的均壓策略。變流器的輸出功率仍通過(guò)變壓器原副邊電壓的移相角控制，但級(jí)聯(lián)模塊輸出電壓的占空比不再恒定在50％，而是進(jìn)行了占空比調(diào)制，以此來(lái)調(diào)節(jié)模塊電容的充放電狀態(tài)，實(shí)