AC/DC型电力电子变压器高频直流环节控制策略研究

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电力电子变压器(Power Electronics transformer,PET)由于其能量调节灵活、功率密度高、无功功率补偿和谐波治理等优点,可广泛应用于轨道交通智能化供电等领域。然而,PET中的高频直流环节多采用双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)拓扑,在进行移相控制时易产生回流功率。为了抑制回流功率,多采用扩展移相控制、双重移相控制等控制策略。但是,PET交流电网侧的单相整流环节引入的二次脉动功率,使得DAB输入电压呈现二次脉动。这一现象会削弱移相控制对回流功率抑制效果。本文在二次脉动和回流功率两方面,对DAB进行回流功率特性分析和控制策略研究。本文的研究内容与创新如下:首先介绍了 DAB的拓扑结构和工作原理,并介绍了单移相控制和扩展移相控制的工作原理和工作模态。在数学模型的基础上推导了单移相控制和扩展移相控制的电流公式和传输功率特性公式,最终分析了两种控制方式下的回流功率特性。其次,针对DAB输入电压存在低频脉动的问题,首先分析了产生低频脉动的原因以及其对单移相控制和扩展移相控制方式的影响。为了降低电压脉动对抑制回流功率的影响,采用基于功率通道的三相AC/DC型PET即PC-PET(power channel based PET)拓扑结构,并提出了基于功率解耦和扩展移相协同控制的控制策略。此外,针对PET的高频直流环节在启动时刻存在的过流问题,从理论上分析了软启动的工作原理,并提出了基于峰值电流控制的软启动控制方式。最终通过仿真模型初步验证了该控制策略的可行性。最后搭建了 PC-PET实验平台,详细介绍了实验平台设计。通过对不同控制策略的实验验证,分析对比不同控制策略的实验结果,验证了本文所提控制策略的有效性。
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