适用于新能源直流并网的高压大功率变换器研究

摘要

新能源间歇性和随机性的特点导致传统的电力装备、电网结构和运行技术无法承受大量新能源接入电网，新能源直流并网技术是解决上述问题的有效方案之一。高压大功率DC/DC变换器连接各种新能源与大电网，是直流电网的重要设备。本文针对新能源直流并网系统中高压大功率DC/DC变换器进行了以下三个方面的研究。
　　1、提出一种新的LC并联谐振升压变换器拓扑结构，该变换器利用LC并联谐振网络可实现很高的电压增益，同时具有开关管零电压开关，整流二极管零电流关断的优点。此外与其他谐振变换器相比，该变换器中半导体开关器件的电压应力相对较低，对该拓扑进行了理论分析，并进行了仿真和样机实验验证。
　　2、针对新能源直流汇集以及储能大规模接入中高压直流电网对高增益DC/DC变换器的需求，研究了一种基于模块化多电平(Modular Multilevel Converter，MMC)技术的高增益DC/DC变换器拓扑结构，低压侧采用H桥结构，高压侧采用MMC结构，既降低了高压侧各开关管电压应力，又简化了低压侧的结构，兼顾了变换器的可靠性和经济性。对该变换器进行了理论分析，研究了MMC最近电平逼近的调制方式，以及基于电容电压排序的子模块电压均衡控制策略。最后，通过仿真，验证了该变换器的工作原理。
　　3、研究了新能源直流并网系统中其他两种DC/DC变换器:单双极性转换DC/DC变换器和多端口DC/DC变换器。分别介绍了各变换器的拓扑结构、工作原理和控制方式。搭建了一个含多类型DC/DC变换器的四端口多电压等级新能源直流并网系统仿真模型，通过仿真，验证了单双极性转换DC/DC变换器不仅具有电压控制能力，还能将新能源连接到双极运行的直流电网;多端口DC/DC变换器能够连接不同电压等级的母线，同时还具有潮流调节能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电感类变换器

1．2．2 电容类变换器

1．2．3 谐振类变换器

1．2．4 变压器类变换器

1．2．5 模块化类变换器

1．3 本文的主要研究内容

第二章 一种新型LC并联谐振升压直流变换器

2．1 工作原理分析

2．2 特性分析与参数设计

2．3 仿真验证

2．3．1 稳态仿真

2．3．2 动态仿真

2．3．3 对比仿真

2．4 实验验证

2．4．1 控制电路设计

2．4．2 样机平台

2．4．3 稳态试验

2．4．4 动态试验

2．5 本章小结

第三章 一种基于MMC技术的高增益DC／DC变换器

3．1 工作原理分析

3．1．1 低压侧H桥工作原理

3．1．2 高压侧MMC工作原理

3．2 控制系统设计与功能实现

3．2．1 MMC桥臂级的控制与调制

3．2．2 DC／DC变换器级控制

3．3 参数设计

3．3．1 桥臂电感设计

3．3．2 连接电感设计

3．3．3 子模块电容设计

3．4 仿真验证

3．5 本章小结

第四章 单双极性转换变换器和多端口直流变换器研究

4．1 单双极性转换DC／DC变换器研究

4．1．1 工作原理分析

4．1．2 仿真验证

4．2 多端口直流变换器研究

4．2．1 工作原理分析

4．2．2 控制策略

4．2．3 仿真验证

4．3 DC／DC变换器在新能源直流并网系统中的应用

4．3．1 仿真模型搭建

4．3．2 新能源功率跳变仿真

4．3．3 潮流调节仿真

4．4 本章小结

第五章 工作总结及展望

5．1 本文的主要工作

5．2 下一步要完成的工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果