关键词:
隔离型
DC/DC变换器
LC谐振式
软开关
电力电子变压器
摘要:
随着电力电子变流技术在电网中的应用,一种新型的智能化变压器——电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)受到越来越多的关注。与传统的变压器相比,电力电子变压器有很多优点,具备功率密度高、可控性好、智能化和兼容性强的特点,对于改善电网质量,建设数字电网和绿色电网具有重要的意义。PET目前广泛采用的是输入级、中间隔离级和输出级的三级拓扑结构。输入级采用的是三相PWM整流器,不仅能将三相电网的交流电整流成直流电,还可控制输入电流保持为正弦波且功率因数是可调的;输出级采用的是三相逆变器,将直流电逆变为所需频率及幅值的三相对称交流电压;中间级采用的是隔离型的双向全桥DC/DC变换器,不仅传输功率和能量,还有电压等级变换以及电气隔离的作用,是PET的关键部分,也是重点研究部分。隔离型双向DC/DC变换器,主要包括全桥逆变器、全桥整流器、中高频变压器以及输出滤波电路几个部分。采用两个频率相同、相位不同、占空比都为50%的方波电压信号进行控制。以LC谐振式双向DC/DC变换器为例,针对电路结构建立了数学模型,在此基础上,对DC/DC变换器传输的功率包括有功功率和无功功率进行公式推导,得出LC谐振式DC/DC变换器的功率传输特性,进而分析移相角、谐振频率以及开关频率等诸多参数对于功率传输特性的不同影响。而无LC谐振的DC/DC变换器可以看作是LC谐振式DC/DC变换器的特例,因此在LC谐振式DC/DC变换器公式推导的基础上稍作处理,即得到无LC谐振的DC/DC变换器的功率传输公式并分析了功率传输特性。接着介绍了隔离型DC/DC变换器的几种控制策略,功率前馈的补偿控制策略、功率直接反馈的控制策略以及简化的控制策略。由于LC谐振式DC/DC变换器实现了软开关的条件,开关损耗较小,因此适合向高频化和大功率方向发展。最后,对电力电子变压器的主电路进行参数设计和计算,包括输入输出滤波器的选择、高低压的直流侧电容设计以及高频变压器的设计,并在仿真软件MATLAB/Simulink下搭建了DC/DC变换器的仿真模型以及PET系统的仿真模型,通过仿真,验证了公式推导及理论分析的正确性。