【摘 要】
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随着电力电子技术的发展,电力电子变压器（Power Electronics Transformer,PET）因其能够提供交直流接口、端口间具备良好的电气隔离和电能质量控制特性而受到广泛关注,同时相比于传统工频变压器,PET有丰富的系统功能和性能而被应用于车载变流器、能源互联网和新能源发电并网领域。为满足高电压等级的变换需求,PET常采用多电平的拓扑结构。级联型PET有着易模块化扩展、所需电容少及便
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随着电力电子技术的发展,电力电子变压器（Power Electronics Transformer,PET）因其能够提供交直流接口、端口间具备良好的电气隔离和电能质量控制特性而受到广泛关注,同时相比于传统工频变压器,PET有丰富的系统功能和性能而被应用于车载变流器、能源互联网和新能源发电并网领域。为满足高电压等级的变换需求,PET常采用多电平的拓扑结构。级联型PET有着易模块化扩展、所需电容少及便于冗余设计等优点,但由于其单相功率特性,往往也存在网侧二倍频瞬时脉动功率引起的直流侧二次纹波波动问题。直流侧电压的波动对硬件端口和电能质量都会造成不良影响,为抑制波动往往选择容值较大的滤波电容,这将导致体积大、功率密度低以及可靠性降低等问题。本文以基于高频四有源桥DC/DC变换器隔离的三相级联型PET拓扑为研究对象,对隔离型四端口DC/DC变化器的结构、模型、工作特性以及实现级联变换器直流侧电压二次纹波的抑制消除从而减少直流侧滤波电容的容值和体积开展研究。首先针对基本的双有源桥隔离型DC/DC变换器进行了介绍,了解其基本工作原理和功率传输特性,然后具体地分析了四端口隔离型DC/DC变换器QAB的拓扑结构、等效电路和平均模型,对单移相SPS控制策略下QAB变换器的功率传输表达式,软开关特性及无功功率占比进行了定量分析。分别搭建了DAB和QAB闭环仿真模型,通过仿真验证了两种变换器在理论分析中的基本工作特性。接着对三相CHB-QAB变流器进行了建模,分析其二次纹波产生机理及影响并总结出了常用滤波电容的容值、耐压和工作特性之间的关系,提出瞬时脉动功率聚合传输控制策略及利用CHB-QAB的共磁母线特性,将三个直流电压的瞬时二次脉动功率分量汇聚于QAB的四绕组高频变压器的磁链中进行相互抵消抑制,为弥补PI调节器只针对直流分量无静差控制的缺陷,设计了准谐振q PR控制器实现对二倍频波动分量的高增益控制,并总结了其离散化和数字控制的实现方法。在MATLAB/Simulink中仿真验证了控制策略的可行性。最后搭建了1.5k W的基于四端口DC/DC变换器隔离的三相级联型电力电子变压器小功率实验平台。主要阐述了四绕组高频变压器、基于碳化硅器件的H桥主电路、IPM模块和Si C MOSFET分立器件驱动电路、主控制器、采样电路及供电电路的硬件设计和系统控制程序的软件设计。最后实验结果验证了所提控制策略对低容值滤波电容下直流侧二次纹波电压抑制消除的有效性。该论文有图68幅,表5个,参考文献93篇。
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