未来海上直流型风电场单双极性转换接口DC-DC变换器的研究

摘要

随着全社会经济的迅猛发展，积极开发清洁的可再生能源，提高新能源的利用比率与利用效率受到了高度重视。海上风电场具有风资源优良，对环境影响小的优势，直流电网概念的提出为未来海上直流型风电场的应用奠定了基础。针对直流电网的双极接线，本文确定了直流型风电场单双极性转换接口DC-DC变换器的总体结构，重点分析可能存在的拓扑结构和控制策略。
　　本文首先对隔离式双向全桥DC-DC（DAB）变换器进行了理论分析和信号建模。详细分析了DAB变换器的工作模态，得出该变换器的功率传输公式。建立了该变换器的平均模型和小信号模型，设计了单双极性转换DAB变换器的电压闭环控制策略。介绍了适合高压大功率的双向DC-DC变换器技术，包括高压串联阀技术、串并联组合系统以及模块化多电平技术。对模块化多电平技术进行了原理分析，介绍了其各类子模块的构成和特点，研究了模块化多电平技术中的两大重点：电压均衡和环流抑制的原理和方法，在Simulink中对单双极性转换的DAB变换器和MMC变换器分别进行了电压控制的仿真。在理论分析的基础上，完成了两台单双极性转换DC-DC变换器样机的研制，进行了变换器主参数的设计和样机电气原理图的设计。基于所设计的实验样机，建立了直流型风场单双极性转换的等效实验平台。研究结果表明了，单双极性转换DC-DC变换器在不同工况下都可以有效控制风场侧电压。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 未来直流型风电场的架构

1.3 单双极性转换接口DC-DC变换器

1. 4 论文的主要研究工作

第二章 单双极性转换DC-DC变换器的基础原型—隔离式双向全桥DC-DC变换器的原理探究

2.1 DAB变换器拓扑结构与工作原理

2.2 DAB变换器工作模态分析

2.3 DAB变换器环流分析

2.4 DAB变换器平均信号模型

2.5 DAB变换器小信号模型

2.6 单双极性转换DAB变换器的电压控制策略

2.7本章小结

第三章 适合高压大功率的双向DC-DC变换器技术

3.1 高压串联阀技术

3.2 串并联组合系统

3.3 模块化多电平技术

3.4 单双极性转换MMC变换器的电压控制策略

3.5 本章小结

第四章 单双极性转换DC-DC变换器的仿真研究

4.1 基于高压串联阀的DAB变换器仿真

4.2 MMC仿真模型的建立

4.3 MMC的电压控制仿真

4.4 MMC均压和环流抑制仿真

4.5 本章小结

第五章 低压小容量直流试验专用样机研制

5.1 低压小容量直流试验系统与样机功能需求

5.2 样机主要参数设计

5.3 样机电气原理图设计

5.4 样机主要通讯规约设计

5.5 样机实物

5.6 样机控制平台

5.7 样机实验

5.8 本章小结

第六章 结束语

6.1 主要工作与创新点

6.2 后续研究工作

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

致谢