Individuele DC-spanningsbalansregeling voor gekoppelde H-brug elektronische krachttransformatoren met gescheiden DC-schakeltopologie

     In dit artikel wordt een algemene individuele gelijkspanningsbalansstrategie (inclusief hoge- en lage-spanningsgelijke koppelingen) voorgesteld voor de elektronische krachttransformator met gescheiden gelijkspanningskoppelingstopologie. De strategie past de actieve vermogens aan die door de isolatie- en uitvoerstages in verschillende vermogensmodules stromen om de capaciteit voor gelijkspanningsbalans te versterken. Met behulp van deze strategie kunnen de hoge- en lage-spanningsgelijke koppelingen goed worden gebalanceerd wanneer er onbalans optreedt tussen verschillende vermogensmodules (bijvoorbeeld, componentparameterverschillen of sommige van de hoge- of/ en lage-spanningsgelijke koppelingen zijn verbonden met hernieuwbare energiebronnen of/ en gelijkspanningsbelastingen). De voorgestelde strategie wordt geanalyseerd en ondersteund door experimentele validatie.

1.Inleiding.

    Elektronische krachttransformator (EPT), ook bekend als solid-state transformator (SST) , of power electronic transformer (PET) , wordt beschouwd als een belangrijk onderdeel voor het toekomstige elektriciteitsnet. Het heeft vele geavanceerde kenmerken, zoals integratie van hernieuwbare energie, verbinding van hoofdnet en AC/DC microgrid , regeling van uitgangsspanning, onderdrukking van harmonischen, compensatie van reactief vermogen en foutisolatie.

Voor de drie-stagen EPT in toepassingen met hoge spanning en hoog vermogen zijn er verschillende veelbelovende topologieën die zijn onderzocht, zoals de gecascadeerde H-brug EPT , de modulaire multilevel converter (MMC) EPT  en de klampende multilevel EPT . In 2012 werd een 15-kV 1,2-MVA enkelvoudige fase gecascadeerde H-brug tractie EPT op een locomotief geïnstalleerd om volume te verkleinen en efficiëntie te verbeteren door de 16,67 Hz lineaire krachttransformator te vervangen . In 2015 werd een 10-kV/400-V 500-kVA driefase gecascadeerde H-brug EPT in een distributie-elektriciteitsnet geïnstalleerd om een hoge kwaliteit stroomtoevoer te bieden .

2.EPT met gescheiden gelijkspanningskoppelingstopologie.

    Fig toont het hoofdcircuit van de driefase EPT met de gescheiden gelijkspanningskoppelingstopologie gepresenteerd . Het is een drie-stagen ingangsreeks-uitgangsparallel configuratie met      n     PM's per fase. De drie stadia zijn de ingangsstadium, het isolatiestadium en het uitgangsstadium. In Fig, zijn er twee AC-poorten en zes DC-poorten. Voor PM 1 in elke fase, zijn er een hoge-spannings DC-poort en een lage-spannings DC-poort om hernieuwbare energiebronnen en DC-belastingen met verschillende spanningniveaus mee te verbinden.

3.De voorgestelde algemene individuele gelijkspanningsbalansstrategie.

    Wanneer hernieuwbare energiebronnen en DC-belastingen verbonden zijn met de DC-poorten van EPT (bijvoorbeeld, DC-poorten A_H en A_L, getoond in Fig. 1) of er een componentparametermismatch optreedt, zal er vermogensonevenwicht zijn tussen verschillende PM's. Als het vermogensonevenwicht de aanpassingscapaciteit van de gelijkspanningsbalanscontroller te boven gaat, zullen de gelijkspanningen onevenwichtig zijn. In deze sectie wordt het scenario van hernieuwbare energiebronnen en DC-belastingen als voorbeeld geanalyseerd. 

4.Realisatie van de voorgestelde algemene individuele gelijkspanningsbalansstrategie.

    De voorgestelde strategie bevat twee delen: een individuele hoge-spannings gelijkspanningsbalansstrategie in het isolatiestadium en een individuele lage-spannings gelijkspanningsbalansstrategie in het uitgangsstadium.

5.Conclusies.

     In dit artikel is een algemene individuele gelijkspanningsbalansstrategie voorgesteld voor EPT met de gescheiden gelijkspanningskoppelingstopologie. De gelijkspanningsbalanscapaciteiten van de drie algemene individuele gelijkspanningsbalansstrategieën zijn geanalyseerd en gerangschikt. De rangschikking resultaten wijzen uit dat de voorgestelde strategie de sterkste gelijkspanningsbalanscapaciteit heeft. Deze conclusie wordt ondersteund door experimentele verificatie. De experimentele resultaten hebben aangetoond dat de individuele hoge- en lage-spannings gelijkspanningskoppelingen goed kunnen worden gebalanceerd met de voorgestelde strategie wanneer er ernstige componentparametermismatches zijn of er een groot aandeel DC-energie in het totale vermogen is. In feite, met de voorgestelde strategie, kunnen de individuele hoge- en lage-spannings gelijkspanningskoppelingen worden gebalanceerd onder ernstig onevenwichtige omstandigheden, mits de vermogens die door de PM stromen binnen het maximale toegestane vermogen liggen .

Bron: IEEE Xplore.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er een inbreuk is contacteer dan voor verwijdering.