複合三電平直流變換器及其高電壓增益運行最佳化控制

《複合三電平直流變換器及其高電壓增益運行最佳化控制》是依託天津大學，由張雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複合三電平直流變換器及其高電壓增益運行最佳化控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張雲
• 依託單位：天津大學

項目摘要

艦船綜合電力系統、光伏發電系統和電動汽車驅動系統中，高壓直流母線與低壓用電設備、低壓光伏陣列、低壓蓄電池之間，存在著電壓等級匹配懸殊的共性問題。為此，本項目擬開展一族高電壓增益用複合三電平直流變換器的研究工作。圍繞變換器拓撲族的統一構建和高電壓增益運行最佳化控制兩個要點，採用理論分析推導、數值仿真分析和平台實驗等方法進行研究。首先，拓展功率開關和二極體的組合形式，建立最小三連線埠功率單元，根據拓撲合成約束條件，探索統一構成複合拓撲族的功率單元組成規律，進而揭示其高功率密度、高電壓增益運行機理。其次，在雙調製波PWM控制方法基礎上，發展一種基於模糊控制理論和擾動法的最佳化控制方法，使得變換器功率開關消除極端占空比的同時，提高變換器的效率和電容電壓平衡特性。最後，搭建實驗平台驗證拓撲族和最佳化控制方法的有效性。研究成果將對艦船配電、光伏發電和電動汽車驅動系統等直流變換環節性能的改善產生積極影響。

結題摘要

本項目針對光伏發電系統中，不受“陰影遮蔽”等因素影響的“並聯低壓光伏電池與電網電壓等級不匹配問題”，研究了一種具有高電壓增益的直流變換器，將並聯光伏電池的低壓直流電變換到直流母線所需的高壓直流電，供併網逆變器併網發電。提出了一種將兩個準Boost三電平直流變換器“輸入端串聯-輸出端並聯”的拓撲合成方法，創新性地構建了一種新型的複合Boost三電平直流變換器拓撲，無需變壓器便可實現高電壓增益、非極端占空比運行。該研究新成果有望實際套用於產業化光伏發電系統中；針對艦船綜合電力系統中，將艦船發電與電力推進、艦載設備用電集成，並以高壓直流母線作為電能的主要傳輸和分配形式，構成艦船的直流區域配電系統。研究了一種能夠將艦船的850~1250V的高壓直流母線電壓降壓為68V的低壓直流電的大比例降壓直流變換器，作為二次直流電源為艦載重要直流設備供電。創新性地提出了一種無變壓器式大比例降壓三電平直流變換器，可採用易於集成封裝的低耐壓功率器件，構成高功率密度、高效率的艦載二次直流電源，既實現大比例降壓，又能夠避免功率開關的極端占空比運行。該研究成果有望實際套用於艦船直流區域配電系統中的艦載二次直流電源；大比例降壓三電平直流變換器的拓撲結構決定其對占空比的控制具有一定的冗餘度。研究了在功率開關占空比允許範圍內最大限度地減小電感電流紋波的方法。根據所選功率開關所允許的占空比範圍、電壓增益範圍，構建了拓撲雙調製度的約束方程，確定了兩種類型的協調控制係數，提出了功率開關非極端占空比與電感電流紋波協調控制的方法。該研究成果有望實際套用於艦船直流區域配電系統中的艦載二次直流電源中。