用于固态变压器的双有源DC/DC变换器拓扑及控制策略研究

近年来,新能源发电快速发展,这在解决能源危机和环境污染上有很大的帮助。但是风能、太阳能等新能源受天气影响大,其作为电源必然会与传统的发电厂不同,另外大量的非线性负载的接入使得现在的负荷构成较以前有很大的不同。传统电网对此无能为力,智能电网应运而生。目前我国在超高压直流输电方面取得了瞩目的成就,以此为支撑,构成大电网互联,为建设坚强智能电网奠定了基础。但是仍需要一种技术方案来解决配电网侧大量的分布式发电电源和分布式存储设备并网的问题。 固态变压器作为一种新型的电力电子设备,不仅能够完成电压等级的变换,能量的传递；而且可以实现电压调整,无功功率补偿,功率管理的功能,还能够提供交直流接口。基于级联H桥式固态变压器因其可控性高,易于模块化实现,研究最广,一般包括输入整流级,双主动桥隔离级,逆变输出级。 双主动桥作为固态变压器的隔离级,由两个对称的H桥和一个高频变压器组成,这样能够减小固态变压器的体积。使用移相控制技术,输出电压可以控制在稳定值,同时能量从超前桥臂流向滞后桥臂。本文分析了双主动桥在单移相控制方式下稳态工作过程,并得出了ZVS软开关的工作条件。选取电容电压为状态变量,推导出双主动桥的一阶小信号等效模型,在此基础上进行了移相控制的闭环调节器设计。仿真和实验验证了理论分析的正确性。本文分析了单移相控制方式下环流产生的原因和双移相消除环流的机理,进行了双移相控制的仿真分析。另外,本文提出了一种电压电流双闭环控制方法,并与电压单环控制进行了比较,证明了前者在动态响应速度上有明显的优势。最后给出了一种滞环控制的仿真分析。 针对多个双主动桥模块并联时的均流问题,本文通过分析电压源特性的变换器的均流方法,指出了在将这些方法应用到双主动桥时应该改进的地方。在分析了三种典型的控制方法后,本文总结出双主动桥均流控制的一般性思路。相应的理论分析得到了仿真验证。