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SEPIC式三电平智能变压器的研究

作　者: 周振军
导　师: 李磊
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力电子变压器三电平 AC-AC变换器交流调压器 Sepic变换器
分类号: TM42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要

智能变压器(Intelligent Transformer)作为电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)的一种,最早是由Koosuke Harada等人于1996年提出来的,其“智能”主要体现在它不仅实现了电压的变换和能量的传递,而且对高频变压器原副边的电压幅值、相位都能实现灵活控制,并且具有功率因数校正的功能。后来渐渐发展成一个电力电子变压器体系,统称为电力电子变压器。它们都是高频电力电子变换技术在电力系统中的成功应用,将其应用到电网中既可以改善电能质量又能提高系统稳定性。在电力行业快速发展的今天,更应加强对电力电子变压器新型拓扑和控制策略的研究。如果PET既可以实现更高的变换频率又可以减小电磁干扰的话,这样又可以进一步减小PET的体积和重量。所以,这些研究对建设绿色、智能的电网具有十分重要的理论意义和应用价值。论文首先介绍了PET的研究现状,分析了已有的几种PET拓扑及其性能的优缺点。然后着重研究了SEPIC式三电平智能变压器的拓扑结构,论文将多电平技术应用到拓扑中,这样使得各开关管的电压应力得到大幅下降,同时也减小了滤波器的体积。其次,论文分析了其工作原理和开关模态,并设计了带均压控制的电压瞬时值反馈控制策略。在Saber 2007环境下建立了仿真模型,通过仿真验证了新型拓扑的可行性和控制策略的正确性,并且仿真了拓扑在不同负载以及输入有扰动的情况下的工作情况。论文最后重点介绍了SEPIC式三电平智能变压器原理样机各主要参数的设计过程以及控制器的组成部分。最后完成了一台单相原理样机,通过实验再次验证了新型拓扑及控制策略的正确性,结果表明了样机的性能优良,充分体现了SEPIC式三电平智能变压器的优越性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
图表目录  10-12
1 绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 电力电子变压器的工作原理  12-13
  1.3 电力电子变压器的发展与应用  13-16
    1.3.1 斩控式电力电子变压器  13
    1.3.2 交交变换型电力电子变压器  13-15
    1.3.3 交直交变换型电力电子变压器  15
    1.3.4 多电平智能变压器的提出  15
    1.3.5 多电平智能变压器的应用前景  15-16
  1.4 课题研究内容及意义  16-17
    1.4.1 课题研究的意义  16
    1.4.2 课题研究的主要内容  16-17
  1.5 总结  17-18
2 SEPIC式三电平智能变压器的拓扑结构及工作原理  18-26
  2.1 SEPIC直流变换器概述  18-19
  2.2 SEPIC式三电平智能变压器的拓扑结构  19-20
  2.3 SEPIC式三电平智能变压器的工作原理  20-25
    2.3.1 D  20-22
    2.3.2 D>0.5时的工作原理  22-25
  2.4 总结  25-26
3 SEPIC式三电平智能变压器的稳态工作特性及控制策略  26-39
  3.1 SEPIC式三电平智能变压器的稳态工作特性  26-35
    3.1.1 主要电压电流之间的关系  26-27
    3.1.2 储能电感L_1中电流连续时的电流纹波系数  27-28
    3.1.3 输入输出分压电容的电压纹波系数  28-30
    3.1.4 功率开关管电压应力及电流应力分析  30-31
    3.1.5 稳态工作时古空比满足的条件  31-33
    3.1.6 变压器磁复位问题分析  33-34
    3.1.7 SEPIC三电平拓扑与两电平拓扑主要参数对比  34-35
  3.2 SEPIC式三电平智能变压器控制策略的研究  35-38
    3.2.1 输入侧储能隔直电容均压控制原理  35-36
    3.2.2 双闭环电压瞬时值反馈控制原理  36-38
  3.3 总结  38-39
4 SEPIC式三电平智能变压器的仿真研究  39-52
  4.1 开环仿真结果与讨论  39-42
    4.1.1 D小于0.5的仿真情况  39-41
    4.1.2 D大于0.5的仿真情况  41-42
  4.2 双闭环控制策略仿真结果与讨论  42-49
    4.2.1 均压控制策略仿真结果与分析  42-48
    4.2.2 动态特性仿真结果与分析  48-49
  4.3 功率因数校正原理与仿真结果分析  49-51
    4.3.1 拓扑的功率因数校正原理  49-50
    4.3.2 仿真结果与分析  50-51
  4.4 总结  51-52
5 SEPIC式三电平智能变压器样机制作与实验研究  52-72
  5.1 SEPIC式三电平智能变压器样机结构  52-53
    5.1.1 样机系统结构  52
    5.1.2 样机参数指标设计  52-53
  5.2 功率电路元器件参数选型  53-58
    5.2.1 储能电感L_1参数设计  53-54
    5.2.2 高频变压器T设计  54-55
    5.2.3 输入输出分压力容设计  55
    5.2.4 输入输出滤波器设计  55-57
    5.2.5 功率开关竹选型  57
    5.2.6 缓冲电路设计  57-58
  5.3 控制器的设计与优化  58-61
    5.3.1 双团环控制原理电路  58-59
    5.3.2 载波发生电路  59-60
    5.3.3 控制信号生成电路  60
    5.3.4 驱动电路  60-61
  5.4 样机实验结果与分析  61-71
  5.5 总结  71-72
6 论文总结与展望  72-74
  6.1 论文内容及意义总结  72
  6.2 多电平智能变压器的展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录  78-79

SEPIC式三电平智能变压器的研究

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