【摘 要】
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随着分布式电源及直流负荷容量的快速增长,直流配电网作为分布式电源和直流负荷的理想接入方式受到广泛关注。直流变压器作为直流配电网的关键接口设备,具有电气隔离、电压控制灵活等技术特点。在众多DC-DC拓扑中,双有源桥变换器(Dual Active Bridge,DAB)因功率密度高、能量双向传输、调节速度快等优势成为直流变压器最适用拓扑。直流母线电压相对稳定,而新能源及储能设备出口电压可能波动较大,不
【机 构】
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华北电力大学(保定) 华北电力大学
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随着分布式电源及直流负荷容量的快速增长,直流配电网作为分布式电源和直流负荷的理想接入方式受到广泛关注。直流变压器作为直流配电网的关键接口设备,具有电气隔离、电压控制灵活等技术特点。在众多DC-DC拓扑中,双有源桥变换器(Dual Active Bridge,DAB)因功率密度高、能量双向传输、调节速度快等优势成为直流变压器最适用拓扑。直流母线电压相对稳定,而新能源及储能设备出口电压可能波动较大,不同场景对DAB型直流变压器控制方法有不同要求。本文研究适用于直流配电网的DAB型直流变压器控制策略,用于改善其稳态特性,拓宽应用场景。本文主要工作如下:
(1)详细分析了单移相控制及拓展移相控制下DAB的相关模态,建立了两种控制方法下DAB功率特性、电流应力特性及软开关特性的数学模型。将DAB型直流变压器用于直流配电网时,单移相控制自由度低,不能对稳态特性进行优化。拓展移相控制提高了控制自由度,但对无功功率优化效果不佳。
(2)通过比较无功抑制能力和控制复杂程度后,选择双重移相控制作为控制方法,探究了无功功率产生原理。通过建立无功功率数学模型,提出了一种最小无功功率控制方法,可以同时实现变压器原边及副边侧无功功率最小,改善了变压器运行特性。该方法控制简单,易于工程实现。
(3)为满足直流配电网对直流变压器应具有宽端口电压变化范围的要求,本文详细分析了三重移相控制的所有工作模式,提出了一种最小电流应力控制方法。该方法在优化电流应力的同时,可以降低无功功率,使全部开关管实现软开关。相比于单移相控制,所提方法适用于直流变压器输入输出电压不固定的场景下。
(4)搭建了DAB实验平台,对本文提出的最小无功功率控制方法和最小电流应力控制方法进行了实验验证。实验结果表明:提出的最小无功功率控制方法能够使DAB双边无功功率最小,改善电能质量。最小电流应力控制方法可在输入输出电压不匹配时确定唯一运行点,在全功率范围内实现电流应力最小。
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