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级联型电力电子变压器电压暂降隔离技术研究

陈嘉敏  
【摘要】:电压暂降是电能质量领域所面临的核心问题,敏感负荷越来越多的应用及分布式发电不断发展使该问题愈加突出。电力电子变压器(Power Electronic Transformers,PET)相比于传统变压器,具备多端口、多功能、灵活可控等优点,不仅为可再生能源、分布式储能以及电动汽车等设备提供即插即用的交/直流接口,还具备一定的电压暂降隔离能力,能够与储能设备进行协调配合,为电能质量的改善提供新的手段。然而,目前关于PET电压暂降隔离能力的研究尚处于定性分析阶段,且鲜有与储能设备协调配合的研究。为了进一步准确衡量其隔离能力,并给储能配置提供依据,本文围绕PET电压暂降隔离能力展开了详细的量化分析,并结合电压暂降和中断问题对储能优化配置进行了深入研究。首先,分别进行了输入级暂降隔离能力受PWM调制能力、直流纹波电压及功率半导体器件耐流水平的影响分析,以及隔离级暂降隔离能力受DAB功率传输能力和功率半导体器件耐流水平的影响分析,进而确定了输入级和隔离级可有效隔离的电压暂降范围。其次,整合了输入级和隔离级的电压暂降隔离能力,建立了PET电压暂降隔离能力的量化模型,确定了 PET可有效隔离的电压暂降幅值和持续时间范围,并提出了隔离能力的Ⅰ、Ⅱ级划分方法。为了提高PET动态响应能力,提出了一种适用于电压暂降的隔离级高压直流电压前馈控制方法,可有效改善系统控制延迟引起的电压暂降隔离作用降低问题。最后,针对PET与储能、电动汽车充放电应用场合,对储能种类和容量的配置进行研究。针对电压暂降问题,提出了一种计及PET电压暂降隔离能力的PET-ESS储能配置方法,实现了对混合储能种类和容量的配置,可有效提高PET对电压暂降的隔离能力;针对电压中断问题,通过建立定时段电动汽车V2G响应能力预测模型和可靠性风险备用模型,提出一种计及电动汽车V2G响应能力的PET-ESS储能配置方法,用于确定一定可靠性置信度下的储能容量配置。同时,还对上述两种容量配置下的PET-ESS系统可有效隔离电压暂降范围进行了研究。


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