交直流混合微网高频隔离互联变流器控制技术

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能源危机和环境污染已经成为当今世界经济发展所面临的两大难题。为此,世界各国加大对新能源的研究利用,太阳能、风能、水能等一系列新能源得到广泛利用。为提高新能源的利用效率,微电网应运而生。其中,交直流混合微电网因具有直流微电网和交流微电网二者的共同优点,成为目前微电网发展的新趋势。在交直流混合微电网研究中,连接直流微电网和交流微电网的变流器成为研究热点。目前对于交直流混合微电网变流器的研究主要集中在变流器的拓扑结构、变流器控制、PWM调制等方面。本文基于对交直流混合微电网高频隔离互联变流器拓扑结构以及变流器操作原理的分析,研究了变流器变流过程中开关损耗问题。半导体开关损耗的存在不利于变流器频率的提高,降低了变流器运行效率。为此,本文提出一种变流器控制策略,在隔离式交直流混合微电网变流器拓扑结构中,利用直流侧电压源变流器中的缓冲电容以及一个相应的换流算法,能够实现周波变换器和电压源变流器中半导体开关的软换流,有效降低两个变流器的开关损耗。在这个变流器控制策略中,交流侧低负荷条件下电压源变流器的变流会非常漫长,这是因为低电流时缓冲电容的再充电过程变得非常缓慢。在电压源变流器的变流期间利用周波变换器使变压器交流侧短路,能够启动一个谐振换流。在这个谐振过程中电压源变流器中的电流增加,缓冲电容再充电速度加快,有效解决了低负荷条件下电压源变流器的变流问题。本文设计了一个交直流混合微电网高频隔离互联变流器系统,搭建变流器控制实验平台,并在Matlab/Simulink仿真平台进行PWM调制仿真与变流器逆变仿真研究,完成直流侧方波电压仿真,设计了三相逆变仿真电路,完成三相逆变PWM波形调制,得到相应PWM波形以及三相逆变电压波形图,实验结果验证了实验方案的正确性。本文基于对变流器变流操作原理的分析,研究了变流器存在的磁芯饱和问题。由于实际电路中存在许多非理想因素,例如,交流侧IGBT控制信号的不对称,IGBT开通时电压降的不同,IGBT本身开关特性的不同等,变流器直流侧存在一个非零直流电压量,导致变流器磁芯饱和。基于上述理论分析,提出一种抑制磁芯饱和的控制策略。建立励磁电流模型,设计了一个PI调节器对变流器中励磁电流进行调节。最后,基于PSIM平台建立仿真电路模型,仿真结果验证了本文所提出的磁芯饱和抑制策略的可行性。
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