带储能系统的电力电子变压器研究

随着经济的快速发展，社会对供电系统的电能质量及供电的可靠性提出了越来越高的要求。传统电力变压器自发明以来，已被广泛应用于电力系统的输配电系统中，是电力系统的基本组成设备之一。虽然传统的电力变压器具有制作工艺简单，可靠性高等优点，但它的缺点也很明显，如体积庞大、空载损耗高以及对环境存在威胁等。电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)作为一种新型的电力变压器，它不仅具备电压变换、能量传递等基本功能，在通过引入电力电子技术和控制技术以后能够对变压器的原方和副方的电压或者电流进行灵活的控制，从而具备了解决现代电力系统面临的许多新的问题的潜力。因此，对PET进行研究具有非常重要的理论价值和应用价值。 本文首先概括了电力电子变压器的发展和研究现状，并对储能系统在电力电子变压器中的应用作了介绍。详细地分析了电力电子变压器的基本原理以及几种典型的物理结构方案。由于电力电子变压器本身并不具备储能的功能，也不存在专门的能量储能单元，因而它并不能对电压的中断进行补偿，且对深度电压跌落也无能为力。针对这种情况，本文提出了将超级电容储能系统应用于电力电子变压器的方案，在本文的第三章，对电力电子变压器和储能系统的数学模型进行了推导，并对电力电子变压器的输入级、隔离级、输出级以及储能系统的控制策略进行了分析和研究。 文章的第四章对电力电子变压器的主电路和储能系统的参数进行了分析和设计，并在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了PET的仿真模型。对未带储能系统的PET和带储能系统的PET分别进行了仿真研究，从仿真结果来看，在不同负载情况下PET都具有良好的输入和输出特性，但当PET的输入电压发生中断或者深度跌落时，后级负载并不能正常稳定的工作。而将储能系统与PET相连接后可以发现，后级的负载在PET的输入电压发生中断或深度跌落时仍能正常稳定的运行，仿真结果验证了带储能系统的PET方案的有效性和正确性。 针对储能系统充放电电流大的特点，本文的第五章提出了一种可用于储能系统的新型交错并联双向DC/DC变换器。文中对该新型双向DC/DC变换器的基本原理和性能进行分析和介绍，并制作了一个小功率实验样机对变换器进行了实验验证。实验结果表明该变换器具有电压变换比大，输入输出电流纹波小，开关电压应力小的特点，因而将其应用于储能系统中具有一定的推广和借鉴意义。