新能源并網的高增益單向直流穩壓電源變壓器應用方案
2018-4-19 11:17:56??????點擊：
一種名為高電壓比級聯式LC-AC transformer（LCT）型單向直流-直流變壓器，特別適用于新能源并網等應用場合。
該變壓器首先通過電壓源型換流器（VSC）將直流穩壓電源電壓逆變成交流電壓，利用電感電容（LC）電路取得第一級升壓。然后，LC電路輸出的電壓將會通過交流變壓器得到進一步升高，從而通過兩級升壓實現40倍左右高電壓比。最后，利用二極管電路將交流電壓整流得到直流穩壓電源電壓。
本文首先闡述了LCTDC-DC的參數設計步驟，同時提出了一種有效的有功功率控制策略，研究拓撲的器件選擇及其運行損耗估算。最后通過在PSCAD/EMTDC下搭建的LCT DC-DC仿真算例證明本文所提出拓撲的技術可行性。
隨著化石能源的逐步枯竭及對生態環境保護的需要，可再生能源的研究目前已引起國內外專家學者的廣泛關注[1-6]。高壓直流輸電技術（High VoltageDirect Current, HVDC）由于其線纜造價低廉，節省輸電走廊，傳輸效率高等優勢，是可再生能源遠距離外送的最佳選擇[7-11]。
在多種可再生能源直流并網方式選擇中，直流集群技術及其兩級升壓并網模式由于其設計難度較低、具備直流故障穿越能力、可靠性更高等優點，被廣泛認為是一種有效的方 式[11-16]。由于風力發電、光伏電池等可再生能源的輸出電壓往往很低，所以在其并網過程中常常會使用高增益DC-DC變壓器[17-21]。
已有文獻提到，在新能源經兩級直流升壓技術中升壓變壓器所需電壓比可高達40[14]。而目前所提出的技術較為成熟的直流-直流變壓器，大部分電壓比只能達到10左右[20]。盡管常見的雙有源橋（Dual ActiveBridge, DAB）結構的直流-直流變壓器可以通過多個子模塊的串并聯達到相對較高的電壓比，但由于均壓均流等問題難以解決，DAB結構的直流-直流變壓器在技術上很難實現40左右的電壓比[21]。
文獻[22,23]提出了一種諧振式LCL（inductor-capacitor-inductor）的直流-直流變壓器，具備體積小、質量輕、傳輸效率高，且可穿越直流故障等優點，已經被證明可以在不借助交流變壓器的情況下實現10倍左右的電壓比。
為了實現直流集群并網技術中所需的高電壓變比及對于換流器容量重量的需求，本文結合LCL直流-直流變壓器以及傳統交流變壓器的優點，提出一種名為LC-ACtransformer（LCT）型的直流-直流變壓器。該變壓器首先通過LC（inductor-capacitor）電路實現第一級升壓，然后通過交流變壓器進一步提升輸出電壓，通過兩級升壓結構實現1∶40的電壓比，并且具有低體積、輕質量、可隔離直流故障等優點。
圖1 單向LCT型直流-直流換流器拓撲
結論
本文介紹了一種電壓比可達40倍的新型直流-直流變壓器拓撲，十分適合風電、光伏發電等新能源的直流并網應用，在未來中壓、高壓直流發展中具有一定研究價值。從文中理論分析及仿真實驗結果可以得到以下結論：
1）本文通過數學驗證推導出了拓撲設計公式，通過合理設計的LCT型直流變壓器可實現特定直流系統間高電壓比。
2）該LCT型直流變壓器交流鏈路工作在中高頻，使得變壓器整體體積小及質量輕。
3）該LCT型直流變壓器具有良好功率可控性。
4）該變壓器的效率估算為97%，相較于其他已知的直流-直流變壓器拓撲，其效率較高，尤其考慮到LCT型變壓器應用場合及高電壓比。
該變壓器首先通過電壓源型換流器（VSC）將直流穩壓電源電壓逆變成交流電壓，利用電感電容（LC）電路取得第一級升壓。然后，LC電路輸出的電壓將會通過交流變壓器得到進一步升高，從而通過兩級升壓實現40倍左右高電壓比。最后，利用二極管電路將交流電壓整流得到直流穩壓電源電壓。
本文首先闡述了LCTDC-DC的參數設計步驟，同時提出了一種有效的有功功率控制策略，研究拓撲的器件選擇及其運行損耗估算。最后通過在PSCAD/EMTDC下搭建的LCT DC-DC仿真算例證明本文所提出拓撲的技術可行性。
隨著化石能源的逐步枯竭及對生態環境保護的需要，可再生能源的研究目前已引起國內外專家學者的廣泛關注[1-6]。高壓直流輸電技術（High VoltageDirect Current, HVDC）由于其線纜造價低廉，節省輸電走廊，傳輸效率高等優勢，是可再生能源遠距離外送的最佳選擇[7-11]。
在多種可再生能源直流并網方式選擇中，直流集群技術及其兩級升壓并網模式由于其設計難度較低、具備直流故障穿越能力、可靠性更高等優點，被廣泛認為是一種有效的方 式[11-16]。由于風力發電、光伏電池等可再生能源的輸出電壓往往很低，所以在其并網過程中常常會使用高增益DC-DC變壓器[17-21]。
已有文獻提到，在新能源經兩級直流升壓技術中升壓變壓器所需電壓比可高達40[14]。而目前所提出的技術較為成熟的直流-直流變壓器，大部分電壓比只能達到10左右[20]。盡管常見的雙有源橋（Dual ActiveBridge, DAB）結構的直流-直流變壓器可以通過多個子模塊的串并聯達到相對較高的電壓比，但由于均壓均流等問題難以解決，DAB結構的直流-直流變壓器在技術上很難實現40左右的電壓比[21]。
文獻[22,23]提出了一種諧振式LCL（inductor-capacitor-inductor）的直流-直流變壓器，具備體積小、質量輕、傳輸效率高，且可穿越直流故障等優點，已經被證明可以在不借助交流變壓器的情況下實現10倍左右的電壓比。
為了實現直流集群并網技術中所需的高電壓變比及對于換流器容量重量的需求，本文結合LCL直流-直流變壓器以及傳統交流變壓器的優點，提出一種名為LC-ACtransformer（LCT）型的直流-直流變壓器。該變壓器首先通過LC（inductor-capacitor）電路實現第一級升壓，然后通過交流變壓器進一步提升輸出電壓，通過兩級升壓結構實現1∶40的電壓比，并且具有低體積、輕質量、可隔離直流故障等優點。
圖1 單向LCT型直流-直流換流器拓撲
結論
本文介紹了一種電壓比可達40倍的新型直流-直流變壓器拓撲，十分適合風電、光伏發電等新能源的直流并網應用，在未來中壓、高壓直流發展中具有一定研究價值。從文中理論分析及仿真實驗結果可以得到以下結論：
1）本文通過數學驗證推導出了拓撲設計公式，通過合理設計的LCT型直流變壓器可實現特定直流系統間高電壓比。
2）該LCT型直流變壓器交流鏈路工作在中高頻，使得變壓器整體體積小及質量輕。
3）該LCT型直流變壓器具有良好功率可控性。
4）該變壓器的效率估算為97%，相較于其他已知的直流-直流變壓器拓撲，其效率較高，尤其考慮到LCT型變壓器應用場合及高電壓比。
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