三相AC/DC 型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究
2021-08-05成林千何立群朱灿焰黄培林王乾丞
成林千,何立群,朱灿焰,黄培林,王乾丞,汪 诚
(1.苏州大学轨道交通学院,苏州 215000;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430000;
3.南京理工大学自动化学院,南京 210094)
随着现代电力电子技术、智能电网和可再生能源发电的快速发展及广泛应用,电力电子变压器PET(power electronic transformer)以其能量调节灵活、功率密度高和便于提供直流并网端口等优点得到了大量关注和研究[1-4]。其中,在交流-直流电网智能互联、中压直流配电和城市轨道交通智能化供电等应用领域,集成了高频变压器的AC/DC 型PET,与传统的工频变压器与AC/DC 电力电子变换器组合相比,在体积和重量等方面都表现出充分的竞争力[5]。为便于扩展电压和功率等级,满足电网侧不同电压等级要求,这类并网的PET 通常采用模块化的多级变换拓扑结构。其交流侧通过级联H 桥CHB(cascaded H-bridge)或模块化多电平变换器MMC接入交流电网,而每个模块的直流电容则连接到高频直流环节,高频直流环节输出并联最终形成直流母线。其中高频直流DC-DC 环节多采用双有源桥DAB(dual-active bridge),相比于其他大功率DC-DC变换器,DAB 具有易于实现软开关、电气隔离、能量双向流动和电压变换等优势[6-8],在不间断电源、电动汽车和直流微网等多场合得到了广泛应用[9-12]。
DAB 通常采用移相控制进行能量传输,如单移相SPS(single phase-shift)控制[13]。该控制方法通过调节变压器原、副方H 桥驱动脉冲,使得变压器的原方和副方电压存在相位差,进而可以调节功率的流动方向和大小。但是在单移相控制策略下,高频变压器原方电压和原方电流方向相反的时刻,将在DAB 中产生较大的回流功率,尤其当DAB 的输入和输出电压不匹配时,变换器的回流功率和电流应力会增加,从而增加了功率器件和磁性元件的损耗,降低了效率。……
