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大功率模块化DC-DC变换器的控制技术研究

宋江峰  
【摘要】:随着世界各地直流输电工程的建设成功并广泛应用,各国专家学者对直流输电的研究越来越深入,可以想象在以后的输电网络中采用直流输电技术进行电能传输的比重会越来越大。然而就现在已经建成或在建的直流输电工程而言,这些直流线路的电压等级存在很大的差异,目前对于直流电网的电压标准在国际上并未确定统一的标准,如果要将这些不同电压等级的直流电路有效的连接起来形成高压直流网络,同时保障直流电网的运行灵活性,DC-DC变换器是不可或缺的设备。由于电力电子器件的电压等级限制,目前的中高压大功率变换器均采用多电平变换器技术和模块化功率变换器的串并联技术。然而,随着电压等级的提高,传统的基于多电平技术的DC-DC变化器缺点也随之显现,电路结构和控制复杂程度明显增大,使系统的可靠性差,尤其是可扩展性很差。模块化多电平变流器(MMC)具备级联式变流器的特点,而且无需器件的直接串联,具有模块化结构,容易实现多电平数目和模块化设计,十分适合于高压大功率场合。本文将模块化多电平变化器引入DC-DC变换器中,实现高压大功率的直流电压变换。首先介绍了模块化多电平变换器MMC的工作原理及子模块工作机制,详细分析了基于MMC的单向DC-DC变换器拓扑结构和数学模型,根据传统三相MMC变换器的短路故障缺陷,引入基于MMC的隔离型DC-DC变换器并介绍其工作原理。其次为了提高变换器的工作频率以减小桥臂电抗器和子模块电容的体积,同时减少IGBT的开关损耗,本文提出了一种改进的最近电平调制策略。然后根据对功率单向传输DC-DC变换器和功率双向传输DC-DC变换器建立的数学模型得出控制策略的实现途径,分别根据他们自身的特点设计了其控制器,最后为了验证本文所设计的控制技术的正确性和有效性,在PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了DC-DC变换器的仿真模型。


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