級聯(lián)型有源前端控制器的研究.pdf

1、解決傳統(tǒng)化石能源日益減少而帶來的能源危機,建立新的利用可再生資源的能源生產(chǎn)供應(yīng)體系是各國能源產(chǎn)業(yè)的重要研究方向和發(fā)展目標(biāo),而如何組織和建設(shè)新的供應(yīng)體系更決定著新能源的普及和利用程度。目前,我國的可再生能源利用方式主要是建設(shè)集中式可再生能源發(fā)電場,通過輸電網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)截?fù)荷中心地區(qū);此方式完全依賴于輸電網(wǎng)絡(luò),不僅增加了輸電網(wǎng)傳輸能力也限制了電力供應(yīng)的自我調(diào)控能力。因此,為改善我國能源生產(chǎn)和供給的安全性、局部獨立性以及環(huán)境友好程度,在居民區(qū)及商

2、業(yè)區(qū)附近廣泛發(fā)展分布式新能源發(fā)電將是一個新的發(fā)展趨勢。
　　為使用戶側(cè)大量新能源能夠充分地發(fā)揮作用并可對其有效管理,本文給出一種基于級聯(lián)型有源前端控制器的直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中結(jié)合電力電子技術(shù)與高頻隔離技術(shù)將配電降壓變壓器與低壓AC-DC變換器一體化設(shè)計為級聯(lián)型有源前端控制器,以完成中壓交流配電網(wǎng)與低壓直流網(wǎng)之間功率相互變換過程。鑒于級聯(lián)型有源前端控制器在直流配電系統(tǒng)中具有關(guān)鍵性的作用,本文重點對其中的前端AC-DC級聯(lián)變換

3、器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、前端級聯(lián)型功率平衡控制策略及后端單向高頻直流變換器模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行研究,最后針對單向級聯(lián)型有源前端控制器進行理論研究與實驗驗證,具體工作如下:
　　(1)針對前端AC-DC傳統(tǒng)H-橋級聯(lián)變換器所存在橋臂功率管直通及直流側(cè)電壓利用率低的問題,以雙降壓/升壓式變換器模塊為基礎(chǔ),提出一種新型級聯(lián)型雙降壓/升壓式變換器。該變換器具有無橋臂直通、直流側(cè)電壓利用率高、功率管及續(xù)流二極管可優(yōu)化選取等優(yōu)點。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過采取移相控制

4、技術(shù),理論上解決了單個模塊存在的電流過零點畸變問題;同時通過采取同名端耦合電感技術(shù)來改善該級聯(lián)型變換器需要大量分離電感的問題。另外,在一定功率等級變換下,此類變換器可采用硬開關(guān)的MOSFET,在較高開關(guān)頻率的同時具有較低的開關(guān)及導(dǎo)通損耗。通過設(shè)計并搭建1kVA、3模塊的級聯(lián)型半橋式的并網(wǎng)實驗系統(tǒng)驗證了所提出的級聯(lián)變換器的有效性及其具有較寬功率因數(shù)的能力。
　　(2)為了使得級聯(lián)型有源前端控制器的各模塊功率平衡,從基于能量守恒的串聯(lián)

5、與并聯(lián)等效映射電路的角度出發(fā),對級聯(lián)型功率變換系統(tǒng)進行解耦分析,提出一種有效的級聯(lián)型功率平衡控制策略,該策略可以實現(xiàn)有功與無功功率綜合控制及各模塊直流側(cè)電壓平衡控制,同時具有模塊化、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。通過設(shè)計并搭建2kVA、3模塊的級聯(lián)型半橋式的小型實驗系統(tǒng)驗證了所提出的級聯(lián)型功率平衡控制策略在純有功、有功與無功、無功階躍、不平衡功率變換條件下,具有良好的控制性能。
　　(3)針對有源前端控制器中單向隔離型直流變換器單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),

6、采用共用ZVS后橋臂的方式將移相全橋變換器和半橋型LLC諧振變換器結(jié)合為一體,提出一種新型的軟開關(guān)混合全橋-半橋型直流變換器單元,保證了后橋臂開關(guān)在全負(fù)載范圍內(nèi)ZVS。另外將混合全橋-半橋型變換器的雙路輸出進行串聯(lián),通過移相全橋變換器來調(diào)節(jié)直流輸出電壓在所需要的電壓范圍內(nèi)。為解決環(huán)流問題,在移相變換器二次側(cè)加裝諧振電路對一次側(cè)電流進行復(fù)位;另外該諧振電路還能夠傳輸更多的輸入能量到輸出側(cè),同時對二次側(cè)整流二極管進行箝位。通過設(shè)計并搭建3.

7、7kW、40kHz的硬件實驗系統(tǒng)驗證了所提出結(jié)構(gòu)的正確性及性能的優(yōu)越性。
　　(4)將雙降壓/升壓式變換器與混合全橋-半橋型直流變換器模塊采取輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)方式組合而成,提出一種新型單向級聯(lián)型有源前端控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),該新型有源前端控制器在保持對低壓直流側(cè)有功功率供給同時還可以對電網(wǎng)進行無功補償。首先,輸入串聯(lián)而成的前端AC-DC變換器為本文提出的級聯(lián)型雙降壓/升壓式變換器,基于提出的級聯(lián)型功率平衡控制策略的雙降壓/升壓式變換