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模块化高压输出直流电源的研究

陈曦  
【摘要】:轻型高压直流输电技术在解决电网间的非同步互联、高压远距离传输以及迅速调节等方面具有较大的优势。传统的轻型高压直流输电技术采用集中型的并网方式,由工频变压器进行升压,换流器的桥臂由多个功率开关管直接串联进行耐高压,降低了换流器的可靠性和稳定性,增大了线路中的损耗以及换流站的占地空间。本文针对集中型并网方式中存在的缺点,采用直流母线型并网方式,研究了模块化输入并联输出串联高压变换电路拓扑,并对模块的主电路拓扑、控制策略以及高压环境下的关键技术做出了详尽的分析与讨论。 直流变压器在接近100%的等效占空比下工作,输入输出具有比例关系,易于实现软开关,输出省去了滤波电感,适合用于高压大功率变换场合。本文研究了全桥直流变压器的工作模态,分析了模块的输出特性,以及电路中相关参数对变换器的影响,并进行了仿真验证。研制出一台6kW的全桥直流变压器装置,实验结果验证了理论与仿真分析。 恒频工作下的移相全桥串联谐振变换器既具有谐振变换器的性质,又具有PWM变换器的优点,易于实现输出功率的调节。本文针对该谐振变换器分析了其工作原理,推导了稳态模型,研究了器件的电压电流应力,并进行了仿真验证。研制出一台6kW的全桥直流变换器装置,实验结果验证了分析与设计的正确性。 本文针对高压环境下的关键问题进行了深入研究,详尽的分析和设计了高压高频变压器,并给出了设计步骤。研究了模块输出侧整流桥桥臂中串联二极管不均压问题,讨论了造成二极管串联不均压的主要因素,解释了高压环境下桥式整流电路二极管串联不均压现象,最后给出了解决方案。针对输入并联输出串联组合变换器中模块间输出电压关系进行了分析与仿真,搭建了由两台模块电源构成的组合变换器并进行了实验,实验结果验证了该方案的可行性。


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