面向直流配电网尾端功率变换的组合式直流变压器研究

摘要

现有交流配电网已经无法满足未来用户多样化的用电需求和大量新能源的接入，而直流配电网却有着交流网无法比拟的优势，诸如提高电容量和电能质量、快速独立地控制有功功率、接入可再生能源灵活便捷等，无疑将会成为未来配电网研究的主要方向。本文着力于未来直流配电网功率变换应用研究，提出了一种新型高频隔离型组合式直流变压器（ADCT）概念，利用标准化模块来构建所期望的系统结构，并通过临近控制来协调模块功率，进而实现整体平衡。
　　本文采用 LLC谐振变换器作为组合式直流变压器的标准化模块，通过串并联结构组建直流变换系统。LLC谐振变换器可实现前后端完全软开，转换效率高，而且其电压钳位特性可自然实现前串后并（ISOP）型系统的输入电压均衡（IVS）。本文详细推导了 LLC谐振变换模块的电压增益，并通过实验绘制了增益曲线，证明了电压钳位特性实现ISOP型系统电压平衡的可行性。
　　利用电压钳位特性，结合电磁耦合电流平衡（MC-CB）单元，本文提出了临近控制概念并对MC-CB单元进行了详尽的理论推导和仿真分析，证明了 MC-CB单元实现前并后并（IPOP）型系统电流均流控制的可行性。之后，提出了新型IS-IPOP型结构，结合临近控制可开环实现电压电流的独立控制。本文所提出的组合式直流变压器动态性能优越，系统稳定可靠，可实现系统模块的有载投切和冗余备份，方便现场操作，具有很大的应用前景。
　　最后，搭建的组合式直流变压器硬件实验系统也验证了本文方案的有效性和合理性。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 组合式直流变压器标准化模块

2.1 引言

2.2 全桥LLC谐振变换模块

2.3 标准化模块参数设计

2.4 双向CLLC谐振变换模块

2.5 本章小结

第3章 组合式直流变压器系统结构

3.1 引言

3.2 ISOP型组合式直流变压器

3.3 IPOP型组合式直流变压器

3.4 IS-IPOP型组合式直流变压器

3.5 组合式直流变压器的优势和局限

3.6 本章小结

第4章 组合式直流变压器控制策略

4.1 引言

4.2 临近控制概念

4.3 电压平衡控制策略

4.4 电流平衡控制策略

4.5 本章小结

第5章 实验验证

5.1 引言

5.2 实验装置介绍

5.3 ISOP型系统实验

5.4 IPOP型系统实验

5.5 IS-IPOP型系统实验

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢