论文总字数：24395字

摘 要

近年来，随着相关研究人员对智能电网研究程度的加深以及人们对电力变压器的要求不断提高，新型的电力电子变压器逐渐引起了研究人员的兴趣和关注。电力电子变压器, 即固态变压器，是一种通过电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的电能变换装置。电力电子变压器存在着以下突出的优点：高功率因数，谐波较小，恒定的直流母线电压，稳定的输出电压等。在配电网中随着新能源的比重不断增加的未来，和智能电网的推广和普及，为了提高电力系统的可靠性和稳定性，电力电子变压器在很大程度上取代传统变压器将成为一种趋势。

本文将以级联全桥型电力电子变压器为选题，进行学习和研究。模块化级联电力电子变压器通常由模块化多级级联ac-dc整流模块和相应的双有源桥变换器模块（DAB）组成。在学习和研究其原理、结构、特点以及控制方式的基础上，构建仿真模型，并在matlab/simulink环境下对该固态变压器的性能进行分析。

关键词：电力电子变压器，级联全桥，双有源桥变换器，移相控制，matlab仿真

Abstract

In recent years, with the development of the smart power grid and the ever-increasing standard of the power electronic transformer, an increasing amount of the researchers who are major in this electrical engineering are becoming interested in this kind of transformer. Power electronic transformer (PET), which is also called solid state transformer, can achieve the goal of changing the form of power, making full use of relevant electronic technology as a new type transformer. It is worthy to mention that, this type of transformer is renowned for its advantages mentioned bellowed. First of all, PET has higher unit power factor, apart from that, it has low harmonic distortion and constant DC bus voltage. It is also famous for its stable output voltage and compensation capability. In the future when the share of the distributed energy is keep increasing, in order to improve the standard of the grid and guarantee the safety of the grid, promoting the development of the PET will become a trend in the future.

The study and research of Cascaded Full-Bridge PET is main topic. Modular cascade transformers typically consist of a modular multi-stage cascaded ac-dc rectifier module and a corresponding dual active bridge module (DAB). Based on the study and study of its principle, structure, characteristics and control methods, a simulation model is constructed, and the performance of the solid-state transformer is analyzed in MATLAB/Simulink environment.

KEY WORDS: Power Electronic Transformer（PET）, Cascade H-Bridge（CHB）, Dual Active Bridge（DAB）, phase shift control, matlab simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及其意义 1

1.2 电力电子变压器的发展 2

1.3 电力电子变压器的原理和拓扑结构 3

1.3.1 PET的原理 3

1.3.2 PET的拓扑结构和选择 4

1.4 matlab/simulink环境的优势 6

1.5 本文主要研究内容 7

第二章 模块化级联PET整流模块的分析 8

2.1三相整流电路的分析 8

2.1.1 三相整流电路的基本结构和原理 8

2.1.2三相整流电路开关管状态分析 8

2.2 三相整流模块的控制策略的介绍 11

2.3 本章小结 13

第三章 模块化级联三相电力电子变压器DAB模块的分析 14

3.1 DAB模块的相关原理及其结构 14

3.2 双有源桥DAB的软开关工作情况 14

3.3 双有源桥模块的控制方式 16

3.4 本章小结 18

第四章 模块化级联PET模型的搭建仿真 19

4.1 模块化级联型整流电路的搭建 19

4.1.1整流模块仿真模型的搭建 19

4.1.2 DAB仿真模型的搭建 21

4.2模型仿真结果分析 22

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 工作总结 28

5.2工作展望 28

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

课题背景及其意义

现如今，智能电网相关的课题不断吸引着相关研究人员和从业者的研究。智能电网也被叫做“电网2.0”，其的建造的基础是集成高速度的通讯网络。同时相较于现实中传统集中式供电的电网，智能电网有着电能传输效率更高，传输过程更加可靠的优势和特点 ^[1]。首先，这样可以有效的利用可再生能源进行发电。随着人们生活标准的提高，对于能源的需求不断增加。由此在这种能源危机和环境污染的大背景之下，分布式发电技术的地位水涨船高。化石能源，作为传统的优秀的电能来源，在带来大量污染的同时，能源本身在不断减少。因此，能源逐渐紧缺的今天，如何充分并且有效的利用可再生能源变成了解决能源问题的重中之重。然而，分布式电源，例如可再生能源发出的电能具有低占空比和间歇性等特性，会对电网继电保护，电能质量，电网规划，电网稳定性带来负面的影响。这为电能生产和消耗之间的平衡和电网频率在传统集中化的环境下产生了不良影响^[2]。其次，随着社会的发展，人们生产生活上的需求很大程度上发生了变化，在这基础之上，负荷的结构随着人们生产生活需求的多样化发生了很大的变化。具体来说，随着电网接入大量非线性负载，传统的大电网便不再能保障电能的可靠性以及安全性。因此，非常需要改变传统的大电网集中式供电方式，转而采用安全可靠，可以提供高电能质量的分布式发电系统，在智能电网的使用之下可以很大程度的解决上述问题^[3]。

就新型分布式发电系统而言，其具有相当出色的性能。这体现在其发电方式灵活、损耗低、利于环保等优点，对于高峰期电力负荷比集中供电更经济、有效的优点^[4]。因此该方面的研究已成为现代电力系统规划中重要的研究方向。在国内相关权威机构给出的定义里，强调了智能电网要确保电力供应的安全性，可靠性和经济性，因此智能电网出现在人们的视野里。事实上，我国智能电网的发展虽然起步较晚，但是发展迅速，然而相关关键技术例如电力电子变压器技术的进步是充分发挥智能电网优势的重要一环。值得一提的是，新型分布式技术尽管在电能质量和安全运行的方面有着一定的优势。但也将面临电网监控方面的难题。

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