模块级联型三相固态变压器及其控制策略的研究

三相模块级联型固态变压器(Solid state transformer, SST)是未来智能电网系统重要组成部分之一。它是一种通过电力电子变换技术实现传统变压器功能的新型电力电子设备。相对于传统电力变压器,固态变压器具有传输效率高、体积小、重量轻等优点。同时通过先进控制技术,固态变压器还可以对网侧的输入电流,用户侧的输出电压、功率等进行灵活调控。固态变压器还能整合分布式发电储能系统,为其提供直流并网接口。 三相模块级联型固态变压器主要由三部分组成：三相输入整流级,中间双有源桥(Dual active bridge, DAB) DC/DC级以及输出逆变级。对于不同的电压功率场合,模块级联型固态变压器可通过串并联不同的低压模块来达到提高电压和功率等级的要求。采用级联型拓扑还可降低每个模块开关管的电压电流应力,同时输入侧多电平的SPWM波可有效降低输入电流的谐波含量,减小输入滤波电感的体积和重量。但是这种拓扑结构也带来了模块间的电压、功率不平衡问题,这些问题会给开关管带来隐患。特别是在电压波动和负载变化的情况下,开关管很可能会因为电压、功率不平衡问题而导致损坏。 为解决三相SST系统模块间电压／功率不平衡问题,本文分析了三相SST电路拓扑工作原理,对系统主电路进行了建模分析。并提出了一种有效的系统控制策略：输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称,DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。为验证所提控制策略的可行性,搭建了仿真模型与实验样机。仿真和实验结果均验证了本文所提控制策略的可行性和有效性。