准方波模式非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的研究

摘要

直流电网技术是实现大区域之间电能互换、提高电网的供电可靠性的有效技术手段，而高压大功率DC/DC变换器是高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)电网的重要基础和关键性设备之一。本文主要研究非隔离型模块化多电平DC/DC变换器(Non-Isolated Modular Multilevel DC/DC Converter,NI-MMDCC)在准方波模式下的工作特性和控制方法。
　　本文分析了NI-MMDCC的基本工作原理和模块链能量平衡的机理。由于NI-MMDCC的模块链端电压可以控制为期望的波形，因此，本文将模块链视作电压源得到变换器的等效电路。通过对直流等效电路和交流等效电路的分析，指出NI-MMDCC可以利用电流的交流分量实现两个模块链的能量平衡。
　　本文提出将模块链端电压控制为准方波(quasi-square-wave,QSW)，分析了移相控制QSW NI-MMDCC的工作特性，得到了其功率传输曲线。在此基础上，实现了移相控制QSW NI-MMDCC的闭环控制。该闭环控制包括输出电流控制和子模块电容电压控制两部分，控制方法简单，易于实现。
　　当电压传输比不等于0.5时，移相控制QSW NI-MMDCC流过模块链的电流有效值会比较大。为此，本文在移相控制的基础上，引入了模块链端电压交流分量幅值控制，从而得到一种移相加幅值的控制方法。通过对流过模块链电流有效值的分析，本文对移相加幅值控制方法进行了优化并得到了一种优化的移相加幅值控制方法。该控制方法在传输功率一定时，可使得变换器流过模块链的电流有效值大幅减小，可以提高变换器的传输效率。本文所提出的移相加幅值控制方法不仅适用于非隔离型的模块化多电平DC/DC变换器，对隔离型的模块化多电平DC/DC变换器同样适用。
　　在实验室搭建了一台额定功率为1kW的NI-MMDCC原理样机并进行了实验验证，实验结果验证了理论分析的有效性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 高压直流输电系统和直流电网

1.2 高压大功率DC/DC变换器的研究现状

1.3 本文的研究内容和意义

2 非隔离型模块化多电平DC/DC变换器

2.1 非隔离型模块化多电平DC/DC变换器的电路拓扑

2.2 NI-MMDCC的基本工作原理

2.3 NI-MMDCC的等效电路

2.4 本章小结

3 移相控制准方波模式NI-MMDCC

3.1 移相控制QSW NI-MMDCC的工作特性

3.2 闭环控制策略

3.3 仿真验证

3.4 本章小结

4 移相加幅值控制准方波模式NI-MMDCC

4.1 移相加幅值控制QSW NI-MMDCC的工作特性

4.2 移相加幅值控制方法的优化

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

5 实验验证

5.1 原理样机搭建

5.2 实验结果

5.3 本章小结

6 结束语

6.1 全文总结

6.2 下一步工作

致谢

参考文献