关键词：
电力电子变压器
控制策略
电能质量
前馈控制
摘要：
电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)作为一种新型电力变压器,通过在常规电力变压器基础上,引入电力电子变换技术,克服了传统变压器的一些固有缺点,使变压器的一次侧和二次侧电压和电流可以灵活控制,从而具备了解决现代电力系统面临的许多新问题的潜力。本文介绍了H桥级联型电力电子变压器的拓扑结构、工作原理及优点,重点对电力电子变压器的相关控制策略进行了研究。首先,详细分析了单相PWM整流桥、带变压器的隔离型双向DC-DC变换器和三相逆变器的拓扑结构、工作原理及各个开关模态。进而通过虚拟轴的构造,提出了基于单相D-Q变换的单相PWM整流桥的电压电流双闭环解耦控制,使电流快速准确的跟踪指令电流,实现了输入电压电流的同相位。然后提出了隔离型双向DC-DC的移相角控制,实现了功率的双向流动可控,并分析了功率的最大传输点。最后提出了基于LC滤波器的三相逆变器的电压电流双闭环解耦控制,使逆变器具有良好的动态性能,实现了输出电压的低畸变率。此外,针对各H桥硬件之间存在的差异导致的各H桥直流侧电压的不平衡,提出了级联H桥直流侧电压均衡控制,通过在各H桥的控制上叠加修正量,实现了电容电压之间的平衡。针对各个双主动桥(Dual Active Bridge,DAB)之间存在的硬件差异,导致的各DAB单元功率流动的不平衡,提出了DAB功率均衡控制,通过在各DAB的移相角上叠加修正量,实现各DAB之间的传输功率平衡。PET在负载突变时,输入级和隔离级对输出功率的改变响应较为缓慢,会出现直流侧电压波动和输出电压畸变,针对此问题,基于PET输入输出功率守恒提出了PET前馈控制,通过将PET负载功率前馈到输入级和隔离级,提高了输入级和隔离级对PET负载突变的响应能力,增强了PET的稳定性。搭建了仿真模型并验证了上述控制策略的可行性。以DSP和FPGA为开发平台,本文介绍了电力电子变压器的硬件和软件方面的设计。首先给出了主电路的总体控制结构和输入、隔离、输出级的参数设计方法,然后介绍了包括电压鉴相电路、采样调理电路、故障保护电路和并网电阻在内的硬件电路,最后介绍了DSP、FPGA的联合控制结构,并分模块介绍了DSP、FPGA程序的设计。
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