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[学位]

基于双有源桥的固态变压器控制系统研究及设计

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Author:

徐鹏 (徐鹏.)

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学位论文库

Abstract:

新能源的大规模接入和非线性负载的增加等现象对原有的以交流为基础的电网格局提出了新的挑战,能源互联网的概念适应了这些变化并得到了广泛研究,而其中的关键设备是以固态变压器为核心的电能路由器。双有源桥(DAB)变换器是固态变压器里的重要组成部分。由多个含有DAB的子模块串并联组合构成的固态变压器,其串并联均衡控制和能量流动控制是很关键的问题。通过合理的控制系统设计可以提升DAB的性能,对固态变压器来说具有重要的意义。
为了合理地设计DAB控制系统,需要为DAB建立准确的数学模型。本文从DAB的调制方式入手,用常规分析法和电压电流分解法阐明了各种调制方式的原理,并给出了相应的平均传输功率表达式。接着,本文采用传状态空间平均法对DAB进行数学建模,阐明了传统方法对DAB这类电路的局限性。之后又研究了现有的各种DAB数学模型,并比较了各种模型的优缺点,发现这些模型存在难以同时满足低频准确性、高频准确性和模型易用性的问题。为了能够得到更准确、更易用的数学模型,本文改进了广义状态空间平均法,提出采用针对DAB的奇次谐波逼近法,并用MATLAB计算工具和PLECS仿真软件验证了改进模型的准确性。
在DAB数学模型的基础上,本文设计了DAB的控制系统。首先确定了在小功率、大功率两种工况下满足目标优化条件的调制方案,接着设计了PI控制器的控制策略,随后通过奇次谐波逼近法的数学建模和频域分析,优化了控制器参数,并给出了采用所设计控制方法的仿真与实验波形。
最后,本文介绍了特变电工10kV-1MW固态变压器样机的模块化拓扑结构、基于DAB进行模块间均压的控制策略以及分层的控制系统架构,给出了整机运行时的实验波形。作为DAB控制系统设计的一个应用,本文还为固态变压器制定了冗余容错控制方案,并在样机上得以实现。

Keyword:

固态变压器 控制系统设计 冗余容错控制 数学建模 双有源桥

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: 杨旭

Year: 2018

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 10

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