固态变压器控制策略及在新能源领域中的应用研究

摘要

电能是一个国家国民经济的基本动力，太阳能、风能等蕴藏量极其丰富的新能源的开发利用，能保证廉价可靠的电能供应，帮助能源体系实现向低碳、高效、环保的转变。固态变压器(Solid State Transformer，简称SST)作为一种新型的电能变换设备，与传统的电力变压器相比，它融合了电力电子技术，采用高频隔离的中间环节，实现了原边副边的灵活控制。将SST应用于电力系统将提高系统的可控性，改善电能质量，且便于新能源发电并网，将推动未来智能电网的建设。本文主要针对SST的控制策略，以一种三级式SST作为研究对象，分别对三级式SST拓扑中的输入级、隔离级和输出级的数学模型和控制策略进行研究，并分析了该SST在新能源发电并网中的应用。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了一种含有中间直流环节的三级式SST拓扑，并对SST的核心环节三相电压源换流器进行了建模,建立了在三相静止坐标系及两相同步旋转坐标系下的数学模型。本文对电压源换流器用空间电压矢量脉冲宽度调制方法，对调制原理和实现过程进行了介绍。为实现将太阳能光伏发电输出低压直流并网至高压交流电网的目标，本文提出了一种输入串联输出并联的模块级联型逆变器拓扑结构并建立其数学模型。⑵针对三级式SST各级的控制目标提出了相应的控制策略。输入级采用电压电流双闭环前馈解耦控制和模型预测控制;中间隔离级采用单移相控制;输出级采用电压电流双闭环控制和下垂控制;模块级联型逆变器采用载波移相控制。在Matlab/Simulink环境下，对所采用的控制策略进行仿真分析，仿真结果表明了所建数学模型及所用控制策略的正确性和有效性。⑶基于SST的优良特性，对其在太阳能光伏和风力发电并网中的应用进行了研究，分析了SST在新能源领域中的应用优势和应用价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究综述

1．3 论文研究的主要内容

第二章 三相固态变压器工作原理及数学模型

2．1 固态变压器的工作原理

2．2 固态变压器数学模型

2．2．1 三相静止坐标下的VSC数学模型

2．2．2 两相同步旋转坐标下的VSC数学模型

2．2．3 级联型逆变器数学模型

2．3 空间矢量脉冲宽度调制原理

2．4 本章小结

第三章 固态变压器的控制策略及仿真实现

3．1 输入级控制策略及仿真

3．1．1 输入级双闭环前馈解耦控制

3．1．2 输入级双闭环前馈解耦控制仿真

3．1．3 输入级模型预测控制

3．1．4 输入级模型预测控制仿真

3．2 隔离级控制策略及仿真

3．2．1 隔离级单移相控制

3．2．2 隔离级单移相控制仿真

3．3 输出级控制策略及仿真

3．3．1 输出级电压电流双闭环控制

3．3．2 输出级电压电流双闭环控制仿真

3．3．3 输出级下垂控制

3．3．4 输出级下垂控制仿真

3．4 固态变压器整体模型仿真

3．5 级联型逆变器控制策略及仿真

3．6 本章小结

第四章 固态变压器在新能源领域的应用

4．1 基于固态变压器的光伏并网

4．1．1 光伏电池发电原理及数学模型

4．1．2 最大功率点跟踪原理

4．1．3 光伏发电并网中固态变压器的应用

4．2 基于固态变压器的风电并网

4．2．1 风力发电固态变压器并网系统的基本结构

4．2．2 风力发电固态变压器并网系统控制

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录

致谢