一种模块级联型固态变压器及其控制策略的研究

摘要

随着信息化时代的发展,供电可靠性和供电质量越来越受到用户和供电部门的关注,它不仅影响到人们日常生活和企业正常生产,也关系到生活、生产的人身和财产安全,所以高可靠性,高质量的电力传输一直是人们追求的目标和努力的方向。随着电力电子器件和技术突飞猛进的发展,电力电子设备在电力系统中的应用日益广泛,SVC,SVG等静止无功补偿设备的引入不仅提高了电力系统的传输效率同时大大改善了电网的电能质量；近些年来分布式可再生能源并网技术,储能技术、微网概念和智能电网概念的提出及快速发展,不仅可以弥补煤、石油等化石能源的危机带来的电力短缺和环境污染问题,同时大大改善了电网的可靠性和稳定性改善,提高了电网传输的效率。
　　 固态变压器又称电力电子变压器被人们认为是未来智能电网的重要组成部分。它是通过使用电力电子的器件和技术,来达到电能变换的作用,不仅可以实现传统电力变压器电压等级转换和隔离的功能,同时,通过先进的控制技术,它还可以抑制电网电压跌落和频率变化对负载侧的影响,并隔离来自负载侧的无功电流和谐波对电网的污染,减小传输过程中电能的损耗；并能为光伏、风能等新能源发电站提供并网接口,统一协调分配电网中的功率潮流,提高整个电力系统的可靠性和性能。
　　 模块级联型固态变压器采用多个低压模块级联的方式,不仅可以降低每个模块的电压电流应力,同时用较低的开关频率实现了较高的等效开关频率,降低开关器件的损耗并改善交流侧电流波形,有效减小了滤波器和整机的体积。但是这种拓扑有难以实现均压、均功率控制的问题,本文基于这个难题,提出了一种单相d-q矢量共同占空比控制与电压前馈-后馈的跟随控制相结合的控制策略,有效解决了固态变压器模块串联的均压问题与模块并联的均流问题,使得功率在各个模块均衡传输；对各级系统进行了建模并分析了控制器设计过程,最后通过理论分析、仿真与实验验证了该固态变压器控制策略的可行性和可靠性。