电力电子牵引变压器(Power electronic traction transformer, PETT),通过使用新型电力电子器件、新型磁性材料、大功率变流新技术,实现对能量的转换与控制,不仅可以取代传统的工频变压器,还可实现对功率流动更加灵活的控制,具备解决高速列车中许多新课题的潜力。与传统的变压器相比,电力电子变压器具有体积小、重量轻、空载损耗小等优点,可以实现原副边电压、电流和功率的高度可控,并兼有断路器、继电保护装置的功能。
电力电子牵引变压器是由若干个功率单元组成的。功率单元的主电路拓扑有多种可选的方案。本文通过对比不同的拓扑方案,分析其优缺点,最终选定了一种实用可行的拓扑结构。基于这种结构,本文进行了主电路参数计算以及控制电路的设计,为电力电子牵引变压器实验样机的搭建奠定基础。
针对本论文采取的主电路拓扑结构,分别从单元模块的控制与单元模块之间的平衡控制两个方面对控制策略进行了分析。单元模块的控制又分为AC/DC变换器的控制与DC/DC变换器的控制。AC/DC变换器采用的是电压电流双闭环控制,电压外环采用PI控制,电流外环采用带谐波补偿的准PR控制。DC/DC变换器采用移相控制。级联H桥直流侧电容电压平衡控制采用载波相移调制技术与电压平衡补偿控制,DC/DC变换器的功率平衡采用下垂控制。以上控制方法均在理论分析的基础上进行了的仿真验证,仿真结果表明了控制方法的可行性与有效性。
此外,本文还在电力电子牵引变压器试验样机上进行了实验,实验分为单元模块的实验与多模块级联实验。单元模块的实验包括AC/DC变换器的实验以及DC/DC变换器的实验,AC/DC变换器的实验结果表明了采用准PR控制的必要性及有效性,DC/DC变换器的实验结果表明移相控制的可行性。多模块级联实验包括级联H桥的AC/DC变换器的实验与并联DC/DC变换器的实验。级联H桥的AC/DC变换器的实验结果表明了载波相移调制技术以及电压平衡补偿控制的有效性,并联DC/DC变换器的实验表明下垂控制起到了均流效果。
