低壓直流配電網(wǎng)變壓器設(shè)計(jì)報告目錄30220_WPSOffice_Level11緒論 15300_WPSOffice_Level21.1研究背景及意義 120057_WPSOffice_Level21.2直流電網(wǎng)的特點(diǎn) 25300_WPSOffice_Level31.2.1直流電網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢 220057_WPSOffice_Level31.2.2直流電網(wǎng)的可靠性 39463_WPSOffice_Level31.2.3直流電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性 35300_WPSOffice_Level12直流變壓器的設(shè)計(jì)思路 520057_WPSOffice_Level12.1高輸入電壓大功率的應(yīng)用場合 59463_WPSOffice_Level12.2高輸入電壓場合下的電路拓?fù)浞桨?510024_WPSOffice_Level12.3定頻同步控制 77271_WPSOffice_Level12.4軟開關(guān)運(yùn)行模態(tài)分析 813470_WPSOffice_Level23諧振網(wǎng)絡(luò)特性分析及參數(shù)設(shè)計(jì) 1010024_WPSOffice_Level33.1諧振頻率和增益特性分析 107271_WPSOffice_Level33.2諧振變換器工作原理 1024426_WPSOffice_Level33.3本章小結(jié) 216218_WPSOffice_Level24均壓均流分析 2211150_WPSOffice_Level34.1均流和均壓之間的關(guān)系 2220295_WPSOffice_Level34.2飛跨電容分析 2219349_WPSOffice_Level25諧振變換器輕載控制策略 2413470_WPSOffice_Level35.1直流變壓器系統(tǒng)級控制方法 246218_WPSOffice_Level35.2控制系統(tǒng)下的穩(wěn)定性分析 2625250_WPSOffice_Level35.3分散式控制方法 2724426_WPSOffice_Level16直流變壓器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 2931726_WPSOffice_Level26.1額定參數(shù)的選擇 2921046_WPSOffice_Level36.2級聯(lián)模塊數(shù)的選定 3019349_WPSOffice_Level36.3開關(guān)頻率的選擇 3011092_WPSOffice_Level36.4主側(cè)支撐電容的設(shè)計(jì) 3031726_WPSOffice_Level36.5ＬＬＣ諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)計(jì) 3180_WPSOffice_Level36.6輸出電容的設(shè)計(jì) 3232651_WPSOffice_Level36.7本章小節(jié) 3211150_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 34緒論研究背景及意義近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，電力負(fù)荷迅速增加，電力需求和電能質(zhì)量需求不斷增加。光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動汽車等越來越多的分布式能源接入電網(wǎng)，以及許多直流電源家用電器生產(chǎn)制造、變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，交流配電網(wǎng)面臨著新的分布式能源接入、多樣化負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的供電方式和供電效率都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)和供電方式已不能滿足經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的要求，如更環(huán)保、更安全、更可靠、更優(yōu)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)。研究表明，與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)在傳輸容量、系統(tǒng)可控性和供電質(zhì)量等方面具有更優(yōu)越的性能。它能有效降低電力電子變換器的頻率，提高供電質(zhì)量，充分協(xié)調(diào)分布式供電、多樣化負(fù)荷和電網(wǎng)之間的矛盾。充分發(fā)揮分布式能源的價值。直流變壓器是實(shí)現(xiàn)直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。它可以將兩個不同額定電壓等級的獨(dú)立直流網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)輸電、穩(wěn)定和協(xié)調(diào)控制功能。與傳統(tǒng)的降壓/升壓型直流變換器不同，直流變壓器的基本功率變換過程分為三部分：直流-交流、交流-交流和交流-直流。采用交-交方式實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離，與50赫茲電網(wǎng)工作頻率相比，柔性直流變壓器中的變換器可以在更高的交流頻率下工作，從而減少無源元件的體積，從而降低成本，節(jié)省空間，改善整體系統(tǒng)。目前，對直流變壓器的研究還處于起步階段。雖然國內(nèi)外對直流變壓器進(jìn)行了大量的理論研究，但直流變壓器在直流配電網(wǎng)中的應(yīng)用還不十分廣泛。其主要原因是直流變壓器沒有完善的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和良好的控制策略，導(dǎo)致其穩(wěn)定性和可靠性較低。因此，本課題還將對直流變壓器這兩個關(guān)鍵問題進(jìn)行分析和研究，以期對直流變壓器領(lǐng)域的研究有所幫助，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。1.2直流電網(wǎng)的特點(diǎn)1.2.1直流電網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢由于我國城市規(guī)劃與電力系統(tǒng)規(guī)劃長期分離，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與負(fù)荷發(fā)展不協(xié)調(diào)，使得配電網(wǎng)的規(guī)劃、發(fā)展和供電質(zhì)量越來越不能滿足城市發(fā)展的需要。而傳統(tǒng)的配電網(wǎng)和供電方式已不能滿足經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的要求，比如更環(huán)保安全。本文就直流電網(wǎng)與傳統(tǒng)交流電網(wǎng)進(jìn)行對比，從中了解直流電網(wǎng)的優(yōu)勢。（1）直流電傳輸對比交流電傳輸?shù)膬?yōu)勢在交流配電網(wǎng)中，電網(wǎng)的接入和輸出需要AC/DC、DC/AC2級轉(zhuǎn)換。在直流配電網(wǎng)中，只需要DC/AC變換就可以實(shí)現(xiàn)變頻，設(shè)備更加簡單經(jīng)濟(jì)。大量的智能化電氣設(shè)備基本上都是基于直流電源，在交流配電網(wǎng)中，需要額外的一級交直流轉(zhuǎn)換；對于直流配電網(wǎng)，不需要轉(zhuǎn)換就可以提供電源，從而減少中間損耗，節(jié)約成本。表1-1分布式電源并網(wǎng)換流環(huán)節(jié)分布式電源并入交流配電網(wǎng)并入直流配電網(wǎng)光伏發(fā)電DC/DC、DC/ACDC/DC風(fēng)力發(fā)電AC/DC、DC/ACAC/DC燃料電池DC/DC、DC/ACDC/DC儲能DC/DC、DC/ACDC/DC表1-2多樣性負(fù)荷所需電能變換環(huán)節(jié)多樣性負(fù)荷交流電網(wǎng)供電直流配電電網(wǎng)供電空調(diào)AC/DC、DC/ACDC/ACLED照明AC/DC無電動汽車AC/DC無數(shù)碼產(chǎn)品AC/DC、DC/DCDC/DC直流電網(wǎng)的特點(diǎn)傳輸容量大在同樣的線路建造成本的情況下，直流輸電的容量比交流輸電大1.5倍，同時，直流電傳輸當(dāng)中也是優(yōu)于交流電的，直流導(dǎo)線截面電流密度處處相同，不存在交流輸電的集膚效應(yīng)，充分利用導(dǎo)線截面，降低了線路損耗，提高了傳輸效率。電能質(zhì)量高在交流配電網(wǎng)中，電能質(zhì)量問題將嚴(yán)重影響半導(dǎo)體芯片制造等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量。在直流配電網(wǎng)中，隨著分布式儲能裝置的接入，直流電網(wǎng)將更加穩(wěn)定，有效地解決電壓突然變化的問題。同時，直流配電網(wǎng)中的變換器也能補(bǔ)償無功功率，穩(wěn)定交流側(cè)電壓。3）系統(tǒng)穩(wěn)定性好直流配電網(wǎng)不存在頻率穩(wěn)定性和無功功率問題。同時，線路中沒有電抗。直流配電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備具有故障隔離能力。分布式儲能的接入也提高了配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。便于分布式能源接入風(fēng)能、太陽能、儲能等分布式發(fā)電通過配電網(wǎng)接入電網(wǎng)，采用直流配電網(wǎng)則可以簡化分布式能源和儲能設(shè)備接入。同時，基于直流電源的各種負(fù)載，如電動汽車樁和服務(wù)器，易于從直流配電網(wǎng)獲得電力，省略了接口轉(zhuǎn)換器提高效率。1.2.2直流電網(wǎng)的可靠性直流配電網(wǎng)與交流配電網(wǎng)相比，具有潮流可控、閉環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn)，解決了交流配電網(wǎng)的“環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行”問題，有利于提高配電網(wǎng)的可靠性。然而，在直流配電網(wǎng)中引入直流變壓器、直流斷路器和大量的電力電子變換器，增加了故障的發(fā)生率，提高了可靠性。另一方面，直流配電網(wǎng)的保護(hù)和故障診斷雖然還不成熟，但在許多方面需要綜合考慮。研究表明，采用直流斷路器可以大大提高直流配電網(wǎng)的可靠性，直流斷路器的故障率也是影響直流配電網(wǎng)可靠性的最大因素。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流配電網(wǎng)的可靠性有可能逐步接近甚至超過交流配電網(wǎng)。1.2.3直流電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)在傳輸容量、可控性、供電質(zhì)量等方面具有更好的性能。面對未來直流配電網(wǎng)的工程應(yīng)用，更需要對其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行評價和分析。直流配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性主要基于相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)的輸電能力能滿足供電需求的前提下，對交直流配電網(wǎng)的建設(shè)成本和輸電損耗進(jìn)行了比較分析。研究表明，在相同的電路拓?fù)浜拓?fù)載容量下，直流配電是由于電力電子器件成本較高。電網(wǎng)投資成本將高于交流配電網(wǎng)，直流配電網(wǎng)的輸電損耗率低于交流配電網(wǎng)，直流負(fù)荷比例越大，其優(yōu)勢越明顯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流配電網(wǎng)的市場潛力和研究價值將更加巨大。綜上所述，對于研究發(fā)展直流電網(wǎng)的應(yīng)用前景，直流變壓器的研究起到了關(guān)鍵作用，本文就基于對直流電網(wǎng)的特性優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款適基于直流配電網(wǎng)的10kV/400V的直流變壓器，運(yùn)用前面所提出的穩(wěn)態(tài)特性分析與實(shí)驗(yàn)仿真相結(jié)合的方法對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，并通過MATLAB（DAB結(jié)構(gòu)）仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能。

2直流變壓器的設(shè)計(jì)思路2.1高輸入電壓大功率的應(yīng)用場合由于大部分電氣設(shè)備的輸入采用不可控整流方式，電氣設(shè)備的輸入電流諧波含量很高，給電網(wǎng)帶來了大量的“諧波污染”，增加了電網(wǎng)的損耗。城市軌道交通和輕軌車輛的控制電源由輔助供電系統(tǒng)提供的110Vdc供電，輔助電源由電網(wǎng)電壓直接供電。目前，城市軌道交通供電電壓也由600伏直流和750伏直流提高到1500伏直流。隨著電網(wǎng)電壓的升高，對廠用電DC-DC變換器功率電子器件的電壓水平也提出了更高的要求。驅(qū)動大功率電機(jī)需要高壓大功率電機(jī)。這種高壓大功率電動機(jī)的輸入電壓可達(dá)2千伏~3千伏甚至更高。因此，需要一個能為高壓大功率電機(jī)供電的變頻器。它遇到的主要問題是開關(guān)管的電壓應(yīng)力過高，難以選擇合適的開關(guān)管。上述應(yīng)用場合中，變換器都是高輸入電壓，因此在設(shè)計(jì)變換器時選擇開關(guān)管是很困難的，只有從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上入手，來降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力以優(yōu)化變換器的設(shè)計(jì)。2.2高輸入電壓場合下的電路拓?fù)浞桨竿ǔ?，電路拓?fù)渲卸鄠€開關(guān)串聯(lián)而不是一個開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)高輸入電壓應(yīng)用，如圖2-1所示。只要這些相同的開關(guān)在控制中是同步的，也就是說，它們同時被打開和關(guān)閉，當(dāng)它們被關(guān)閉時，輸入電壓可以在這些開關(guān)之間平均分配。然而，由于開關(guān)和驅(qū)動電路的分散，不可能確保所有串聯(lián)開關(guān)同時接通或斷開，因此不可能確保所有開關(guān)斷開時，將開關(guān)均分為輸入電壓。圖2-1ISOP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)它由N個串聯(lián)諧振單元組成，每個諧振單元由高壓側(cè)全橋模塊、低壓側(cè)全橋模塊、高頻變壓器和一組LC諧振網(wǎng)絡(luò)組成。高頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的絕緣設(shè)計(jì)應(yīng)以高低壓直流電網(wǎng)的電壓差為依據(jù)。圖2-2LC串聯(lián)諧振子單元拓?fù)鋱D2-2是串聯(lián)諧振器單元電路。高壓側(cè)模塊主要由電源裝置Q1-Q4和母線電容器CH組成，低壓側(cè)模塊由電源裝置Q5-Q8和母線電容器CL組成。C1和C2分別為原、副邊諧振電容，Lr為諧振電感（包含高頻變壓器寄生漏感），Lm為高頻變壓器TR的勵磁電感。ISOP變換器存在電壓均衡和輸出電流均衡的問題。兩個模塊可以在相同的占空比信號下實(shí)現(xiàn)電壓均衡。由于占空比相等，輸入電壓的不平衡導(dǎo)致高輸入電壓的變換器提取較大的電流，從而實(shí)現(xiàn)輸入電壓的自動均衡。采用兩個輸入均壓環(huán)實(shí)現(xiàn)模塊分壓電容器的電壓均衡和輸出電流均衡。圖2-3n個模塊輸入串聯(lián)組合變換器在ISOP變換器中，兩個模塊的輸入是串聯(lián)的，而輸出是并聯(lián)的。因此，ISOP變換器模塊必須選擇隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的輸入輸出條件和應(yīng)用場合，可選用全橋、半橋、前向和反激隔離型直流變換器。本文以LLC諧振變換器為基本單元，采用輸入-串聯(lián)-輸出并聯(lián)的方式，構(gòu)成了基于LLC諧振變換器的ISOP結(jié)構(gòu)直流變壓器。2.3定頻同步控制當(dāng)諧振單元電路工作正常時，采用恒頻同步控制，即驅(qū)動電路的開關(guān)頻率與諧振網(wǎng)絡(luò)的固有諧振頻率相同，高壓模塊半導(dǎo)體采用占空比為0.5的互補(bǔ)驅(qū)動脈沖信號。R開關(guān)器件Q1/Q4和Q2/Q3，低壓模塊半導(dǎo)體開關(guān)器件Q5/Q8和Q6/Q7采用相同的互補(bǔ)驅(qū)動脈沖信號。低壓兩側(cè)的驅(qū)動信號是同相的，驅(qū)動脈沖如圖2-4所示。圖2-4定頻同步控制高低壓側(cè)驅(qū)動脈沖定頻同步控制模式下，高頻變壓器TR的原、副邊電壓均為占空比為50%的高頻方波電壓，相位完全相同。2.4軟開關(guān)運(yùn)行模態(tài)分析本文所研究的模塊化等電位直流變壓器可以實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)的雙向輸電。為了提高變換器的效率，子單元工作在LC串聯(lián)諧振狀態(tài)。也就是說，采用諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)了逆變器的零電壓開關(guān)和整流器的零電流開關(guān)，降低了IGBT和二極管的損耗。提高了變換器的開關(guān)頻率，減小了磁性元件的體積，提高了功率密度。圖2-5是通過理論分析得到的諧振網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)波形。開關(guān)周期可分為八個階段。由于前半周期和后半周期工作對稱，因此僅選取前半周期的四個階段進(jìn)行分析。圖2-5諧振變換器工作模態(tài)圖2-5LC串聯(lián)諧振單元的理論工作波形

3諧振網(wǎng)絡(luò)特性分析及參數(shù)設(shè)計(jì)3.1諧振頻率和增益特性分析根據(jù)前一節(jié)的分析，為了提高變換器的效率，在設(shè)計(jì)串聯(lián)諧振單元的參數(shù)時，必須保證開關(guān)頻率近似等于諧振頻率，電流在全諧振模式下工作。由于在全諧振模式下工作時，交流電流波形近似為正弦波，因此可以用基本分量法分析交流電流波形。假設(shè)只有開關(guān)頻率的基本分量才能傳輸能量，因此諧振變換器電路相當(dāng)于一個線性網(wǎng)絡(luò)來分析其傳輸。串聯(lián)諧振變壓器的等效電路如圖3-1所示。為了簡化分析，變壓器變比設(shè)為1:1。其中，UAB為A和B兩點(diǎn)電壓的基波分量，UCD為C和D兩點(diǎn)電壓的基波分量，Req=8R/π2為輸出負(fù)載R0耦合到一次側(cè)的等效負(fù)載。圖3-1串聯(lián)諧振變壓器的等效電路3.2諧振變換器工作原理輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)時兩個LLC諧振模塊的正反向工作原理。根據(jù)交流等效電路圖，計(jì)算了正向和反向直流增益。在不同品質(zhì)因數(shù)q和等效負(fù)載下，繪制了增益m與歸一化頻率fn之間的關(guān)系，模擬分析了不同頻率下諧振電流和軟開關(guān)的變化。3.2.1正向工作原理ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器的原理圖如圖3-2-1所示圖3-2-1ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器正向工作原理圖LLC諧振變換器正向工作時，ISOP結(jié)構(gòu)等效電路圖如圖3-2-2a）所示，當(dāng)兩路諧振槽參數(shù)一致時其等效電路圖如圖2-2b）所示。圖3-2-2ISOPLLC交流等效電路圖ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器的直流增益：元件的Q值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡(luò)的選擇性愈佳，假設(shè)品質(zhì)因數(shù)Q為常數(shù)，電壓增益M與k的關(guān)系如圖3-2-1所示。主變壓器的勵磁電感隨K值的變大，而主變壓器的勵磁電感越來越大，正常狀態(tài)下勵磁電流越小，變壓器損耗也就越小。但是，但是當(dāng)勵磁電流小于一定標(biāo)準(zhǔn)的時候，則換流器的效率將會大打折扣。此外，如果k值很大的時候，當(dāng)輸入電壓較小時，可能滿足不了電路工作要求，輸出電壓將會減小很多，甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)k值較小時，變壓器的損耗會因?yàn)檫^大的勵磁電流而增加，效率降低。從圖中可以看出，當(dāng)k值較小時，增益曲線更陡，增益M（）隨增益變化頻率波動，電壓的穩(wěn)態(tài)輸出會造成影響。因此，k值選擇對軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)和效率有非常大的影響，根據(jù)不同電網(wǎng)需要選擇不同k值。圖3-2-3單相電壓增益M（）和k值的關(guān)系曲線圖3-2-4顯示了單相LLC諧振變換器的直流增益曲線。如圖3-2-5所示，當(dāng)兩個LLC諧振變換器串聯(lián)輸出時，相應(yīng)的電壓增益降低一半。當(dāng)Q值較小時，增益曲線波動明顯，增益M（）隨增益變化頻率波動，影響電壓的穩(wěn)態(tài)輸出。當(dāng)Q值較大時，增益是不足1的，不能滿足要求。因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算電壓增益的最大和最小，選擇適當(dāng)?shù)腝值，并需要留有安全裕量。圖3-2-4單相直流增益曲線圖3-2-5ISOP結(jié)構(gòu)直流增益曲線當(dāng)?shù)扔?時，增益跟k值變化無關(guān)，且始終為1。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)扔谥C振頻率時，其阻抗和為0，輸入電壓直接接入變壓器原邊兩端，因此變換器電壓增益為1。通過計(jì)算得出等效電路感性區(qū)域和容性區(qū)域的分界線，就可以把開關(guān)的零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)區(qū)分開來。感性區(qū)域：工作頻率小于諧振頻率，當(dāng)負(fù)載增大時，電壓增益減小伴隨著輸出電壓也會減少；工作頻率大于諧振頻率時，當(dāng)負(fù)載增大時，電壓增益增大伴隨著輸出電壓也會升高。當(dāng)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)時，等效電路阻抗處于感性狀態(tài)，隨著開關(guān)頻率增大，其諧振槽所承擔(dān)的電壓增大，電壓增益隨開關(guān)頻率增大而減小。3.2.2正向仿真結(jié)果當(dāng)正向工作時，為減小輸出電壓紋波，兩相開關(guān)管采用交錯式驅(qū)動。如圖3-2-1所示，模塊輸入電壓為400V，輸出電壓為20V，工作頻率為83.33kHz，當(dāng)開關(guān)頻率介于第一諧振率100kHz與第二諧振頻率62.5kHz時，由于主變壓器被輸出電壓限制，勵磁電感電流成線性上升，到達(dá)與諧振電流相同的幅值時，經(jīng)過整流后可以看出，低壓側(cè)零電流開關(guān)斷開，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。圖3-2-1<電路波形由于輸出電流為零，此后勵磁電感將不被輸出電壓限制。因此諧振電感、勵磁電感、諧振電容共同參與諧振，組成諧振槽。實(shí)現(xiàn)開關(guān)管零電壓開關(guān)的要求。如圖3-2-2所示，當(dāng)開關(guān)頻率等于第一諧振頻率100kHz時，上橋臂開關(guān)管處于開啟狀態(tài)，電感電流成線性上升趨勢，諧振電流呈現(xiàn)正弦波形，當(dāng)電感電流和諧振電流相等時，上橋臂開光管恰好斷開，因此低壓側(cè)正好可以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)閉。此后下橋臂處于開啟狀態(tài)，電感電流的大小直接影響高壓側(cè)的零電壓開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和設(shè)計(jì)可以達(dá)到要求。圖3-2-2=電路波形圖3-2-3>電路波形如圖3-2-2所示，當(dāng)開關(guān)頻率為125kHz大于第一諧振頻率100kHz時，上橋臂開關(guān)管關(guān)閉并斷開，在此之前電感電流和諧振電流還沒有交點(diǎn)，導(dǎo)致整流后波形快速下降，因此低壓側(cè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)不了零電流開關(guān)。綜上所述，正常工作時，三個頻率段都實(shí)現(xiàn)零電壓開通，當(dāng)小于和等于第一諧振頻率時，才可以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)閉?？紤]到損耗和效率等因素，工程上一般工作在小于第一諧振頻率。3.2.3反向工作原理如圖3-2-1所示，ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器反向工作的原理圖。圖3-2-1ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器反向工作原理圖LLC諧振變換器反向工作時，ISOP結(jié)構(gòu)等效電路圖如圖3-2-2a）所示，當(dāng)兩路諧振槽參數(shù)一致時其等效電路圖如圖3-2-2b）所示。電壓增益M′式子中，M′與k值無關(guān)。在反向工作過程中，由圖2-10可看出，輸入電壓一直限制勵磁電感的變化量，但輸出電壓不受勵磁電感的影響，因此在等效電路中可以忽略勵磁電感。如圖3-2-2c）所示，在等效電路中，參與諧振只有諧振電感和諧振電容，電壓增益將一直小于1，圖3-2-3驗(yàn)證此結(jié)論。那么單相的直流電壓增益可表示為:式中——變換器實(shí)際負(fù)載（Ω）；——等效負(fù)載（Ω）。和之間的關(guān)系可表示為：圖3-2-2交流等效電路圖圖2-11電壓增益和負(fù)載的關(guān)系曲線因此反向后的ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器電壓增益可表示為：當(dāng)?shù)扔?時，即工作頻率諧振頻率相等時，電壓增益隨負(fù)載變化無關(guān)；當(dāng)工作頻率大于諧振頻率時，變換器的諧振槽呈現(xiàn)電感阻抗，電壓增益隨諧振槽承受電壓的增大而減??；當(dāng)工作頻率小于諧振頻率時，諧振槽呈現(xiàn)電容阻抗，且諧振槽所承受的電壓增大，電壓增益減小。在相同的工作頻率下，重負(fù)荷的電壓增益比輕負(fù)荷的電壓增益小。3.2.4反向仿真結(jié)果為減小輸出電壓紋波，ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器反向工作時，低壓側(cè)開關(guān)管仍交錯驅(qū)動。如圖3-2-1所示，輸入電壓為20V，輸出電壓為400V，工作頻率為83.33kHz，全波整流轉(zhuǎn)換為推挽式結(jié)構(gòu)。當(dāng)一側(cè)通電時，輸出電壓限制勵磁電感，則勵磁電流成線性增長。此時，諧振槽有諧振電壓和諧振電容。當(dāng)達(dá)到共振周期的一半時，低壓側(cè)開關(guān)仍未關(guān)閉，共振電流振幅為零，高壓側(cè)開關(guān)可實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)閉。圖3-2-1<電路波形輸出電壓限制勵磁電感，電流仍成線性趨勢。低壓側(cè)另一側(cè)開關(guān)管開通，通過設(shè)計(jì)勵磁電感量和死區(qū)時間，可以使低壓側(cè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開通。如圖3-2-2所示，當(dāng)開關(guān)頻率等于第一諧振頻率100kHz時，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)一側(cè)開通時，勵磁電流處于線性狀態(tài)，諧振電流從零開始諧振，經(jīng)過半個諧振周期后，諧振電流回歸幅值零，剛好開關(guān)管驅(qū)動關(guān)斷，高壓側(cè)開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。與開關(guān)頻率小于第一諧振頻率時狀況相同，由于勵磁電流的作用，低壓側(cè)MOSFET仍可以實(shí)現(xiàn)零電壓開通。圖3-2-2=電路波形如圖3-2-3所示，當(dāng)開關(guān)頻率為125kHz大于第一諧振頻率100kHz時，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)接通時，勵磁電流線性上升，諧振電流從零開始諧振。由于低壓側(cè)開啟的時間不到諧振周期的一半，當(dāng)諧振電流未達(dá)到零時，開關(guān)的驅(qū)動被關(guān)閉。在死區(qū)，諧振電流迅速下降到零，高壓側(cè)開關(guān)不能關(guān)斷零電流。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的另一側(cè)接通時，諧振電流開始線性下降，以此類推。總之，無論換流器工作在哪個頻段，它都能接通零電壓。只有當(dāng)諧振電流小于或等于第一諧振頻率時，諧振電流的過零點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)開關(guān)的零電流關(guān)斷。圖3-2-3>電路波形3.3本章小結(jié)基于基波分析法得到工作是正向和反向的等效電路，根據(jù)其增益曲線分析正向工作時不同Q值下的軟開關(guān)情況，反向工作時不同負(fù)載下的電壓增益與k值的關(guān)系。通過MATLAB仿真驗(yàn)證ISOP結(jié)構(gòu)LLC諧振變換器正向和反向工作原理，分析諧振電流、勵磁電流與軟開關(guān)之間的關(guān)系。

4均壓均流分析當(dāng)采用ISOP結(jié)構(gòu)的LLC變換器的諧振槽參數(shù)不同時，各模塊的輸入電壓和輸出電流將不平衡。因此，有必要對級聯(lián)模塊的電壓、電流分配進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法。首先，分析了電壓均衡與電流均衡的關(guān)系，通過比較飛電容與雙回路控制方法，分析了電壓均衡的效果。4.1均流和均壓之間的關(guān)系對于ISOP系統(tǒng)，每個模塊的輸入電流和輸出電壓相等，因此當(dāng)輸出電流相等時，輸入電壓均衡與每個模塊的效率有關(guān)；同樣，當(dāng)輸入電壓均衡時，輸出電流均衡也與每個模塊的效率有關(guān)。為了簡化分析，可以假設(shè)每個模塊具有相同的損耗和效率?？梢酝茢啵魇闺妷壕?，均壓使電流均衡。4.2飛跨電容分析采用飛跨電容實(shí)現(xiàn)均壓，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。在每個模塊的上下橋臂的中點(diǎn)接入一定幅值的電容C稱為飛跨電容。圖4-2加入飛跨電容結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示，只考慮初級側(cè)輸入電容隨開關(guān)管開通和閉合時的能量傳遞情況。假設(shè)因擾動模塊1的輸入功率變大，即VC1大于VC2。當(dāng)上橋臂Q1、Q2導(dǎo)通，下橋臂Q3、Q4關(guān)斷時，由于VC1與VC不一致，首先向飛跨電容C充電，電壓快速上升與VC1相等；當(dāng)上橋臂Q1、Q2關(guān)斷下橋臂Q3、Q4導(dǎo)通時，由于VC2與VC不一致，首先飛跨電容C放電，C2充電，電壓快速上升與VC相等。這樣在每半個周期內(nèi)都有一次能量的轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)輸入電壓的均衡。圖4-3飛跨電容工作過程但在每次能量傳遞過程中，由于VC1和VC或VC2與VC不一致，會產(chǎn)生較大的峰值電流，可能對開關(guān)和電容器造成損壞，對開關(guān)和電容器提出了更高的要求。

5諧振變換器輕載控制策略對于各模塊高度對稱的ISOP系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動輸入電壓均衡和輸出電流均衡特性。但是，由于元件制造過程中模塊參數(shù)的不一致，會導(dǎo)致系統(tǒng)輸入電壓和輸出電流的不平衡。為了使ISOP系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運(yùn)行，必須保證各單元的均衡運(yùn)行，即系統(tǒng)中各單元的輸入電壓均衡和輸出電流均衡。一般來說，ISOP結(jié)構(gòu)的控制策略由兩部分組成：一部分是分壓均流的閉環(huán)雙回路，調(diào)節(jié)各單元的平衡功；另一部分是輸出電壓回路，保持輸出電壓穩(wěn)定。5.1直流變壓器系統(tǒng)級控制方法5.1.1系統(tǒng)級穩(wěn)定性分析圖5-1-1系統(tǒng)輸入輸出側(cè)控制策略等效示意圖先討論輸入均壓策略，如圖（ａ）所示，從輸出端往輸入側(cè)看，輸入端具有恒功率的特性，每個模塊的輸出功率相等：（5-1）其中功率單元輸出的電流：（5-2）由于ISOP系統(tǒng)各模塊的輸出電壓相等，由式（5-1）可以看出，在理想的無擾條件下，如果各模塊的輸出電流相等，系統(tǒng)將穩(wěn)定工作。接下來，分析了輸出端的電流共享策略。如圖（b）所示，從輸入側(cè)到輸出側(cè)，輸出側(cè)呈現(xiàn)恒功率特性，即每個單元的輸入功率相等。：（5-3）其中，功率單元的輸入電流為：（5-4）由于ISOP系統(tǒng)中各模塊的輸入級是串聯(lián)的，因此各模塊的輸入電流是相同的。現(xiàn)在以其中兩個為例。如果在兩個模塊的輸入端加上干擾電壓，如模塊1的輸入電壓增加，模塊2的輸入電壓降低，可以從方程（5-3）中看出，因?yàn)榉匠痰挠疫吺浅?shù)，模塊1的輸入電流隨模塊1的輸入電壓增加而減小。由于總輸入電流保持不變，兩個模塊的輸入電流增加。模塊1的輸入電流曲線如圖4所示。當(dāng)上述干擾發(fā)生時，當(dāng)模塊1離開平衡工作點(diǎn)下降到B點(diǎn)時，模塊1的輸入電流小于總輸入電流。，即Icin_i＜Iin由式（5-4）可知，當(dāng)時Icin_1<Iin_1輸入側(cè)支撐電容電流為正，因此，電容器充電導(dǎo)致模塊1輸入電壓升高，支持電容電壓升高進(jìn)一步導(dǎo)致模塊1輸入電壓升高，形成正反饋，使系統(tǒng)不再回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，同時模塊2輸入電流大于總輸入電流。即Icin_2>Iin由式（5-4）可知，模塊2輸入側(cè)支撐電容器的輸入電壓為負(fù)，電容器處于放電狀態(tài)，使模塊2的輸入電壓下降，電容器電壓的下降將進(jìn)一步導(dǎo)致模塊2的輸入電壓下降，從而使其無法回到平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。 因此，除了在輸出側(cè)采用均流控制，輸出功率相等時，其他情況都能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。5.1.2系統(tǒng)控制方法的比較與選擇對于基于直流配電網(wǎng)的直流變壓器，保證其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是輸入級的電壓均衡和各基本單元模塊輸出級的電流均衡。目前，ISOP有三種控制策略：（1）三環(huán)控制策略三回路控制策略包括各模塊的輸出電壓回路、輸入電壓共享回路和內(nèi)部電流回路。輸出電壓回路保持輸出電壓穩(wěn)定，輸入電壓均壓回路保證各單元模塊輸入電壓相等。輸出電壓回路的輸出值與各模塊輸入電壓共享回路的輸出值疊加，作為電流內(nèi)環(huán)的參考信號。比較后，將電流內(nèi)環(huán)的輸出信號輸入驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的傳輸?？刂坪驼{(diào)節(jié)輸入電壓和輸出電流共享。（1）雙環(huán)控制策略本文提出的控制策略是一種消除內(nèi)環(huán)電流的雙環(huán)控制策略。其基本思想是系統(tǒng)中各模塊共用一個電壓回路，以穩(wěn)定輸出電壓，而輸入均衡電路直接負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)各模塊的占空比，使輸入電壓大的單元占空比大，輸入電壓小的單元占空比小。從而實(shí)現(xiàn)了輸入電壓的平衡控制。（3）共用占空比策略在該策略中，如果移除輸入均衡環(huán)，則共享占空比。理論基礎(chǔ)是：由于各模塊的占空比相同，輸入電壓高的模塊輸出的輸出功率較大，而輸入電壓低的模塊輸出的輸出功率較小，從而在輸入階段達(dá)到較好的分壓效果。然而，采用這種控制策略達(dá)到理想效果的前提是每個模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)極其對稱，參數(shù)之間的匹配度應(yīng)非常高，以達(dá)到理想的均壓效果。然而，在實(shí)際電路中，這種理想的參數(shù)設(shè)計(jì)是很難實(shí)現(xiàn)的，也就是說，參數(shù)的完全匹配是不現(xiàn)實(shí)的，因此在實(shí)際應(yīng)用中，這種控制策略的均壓均流效果是相當(dāng)有限的。從以上分析可以看出，三回路控制策略與雙回路控制策略的主要區(qū)別在于各單元模塊中是否設(shè)置了內(nèi)電流回路，即系統(tǒng)的輸出電壓回路是采用單回路還是雙回路的電壓電流模式。通過分析，可以看出，三環(huán)路模式可以使isop系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能，而雙環(huán)路控制策略下的系統(tǒng)動態(tài)性能稍有不足。因此，對帶I和I的直流-直流變換器采用三回路控制策略。5.2控制系統(tǒng)下的穩(wěn)定性分析在控制系統(tǒng)存在的情況下，分析系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。從以上部分可以看出，當(dāng)系統(tǒng)由三個回路控制時，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。在三回路控制的基礎(chǔ)上，去掉了輸入均衡環(huán)，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。在三回路控制策略的基礎(chǔ)上，去掉了輸入均壓回路，即當(dāng)輸出電壓回路的輸出信號直接作為電流內(nèi)環(huán)的參考信號時，與電流信號比較后輸入驅(qū)動電路。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，各模塊內(nèi)部電流回路的參考信號相等，因?yàn)檩敵鲭妷合嗟龋愿髂K的輸出電流相等。當(dāng)模塊具有正電阻特性時，輸入電流隨模塊輸入電壓的增大而增大，隨模塊輸入電壓的減小而減小。增加機(jī)組的輸出電流可以增加機(jī)組的輸入電流。同樣，減小模塊的輸出電流也可以減小模塊的輸入電流。根據(jù)這一原理，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制策略時，可以利用輸入電壓回路檢測系統(tǒng)的輸出電壓，并將其轉(zhuǎn)換成輸入電壓信號，然后與輸入電壓的標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行比較。所得信號作為電流內(nèi)環(huán)的參考值。當(dāng)單個模塊的輸入電壓大于輸入電壓的參考值時，電流內(nèi)環(huán)的參考值變大。因此，通過調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的輸出電流，從而提高了模塊的輸出功率。由于輸出電壓相等，當(dāng)輸出功率增大時，輸出電流相應(yīng)增大。根據(jù)以上分析，當(dāng)輸出電流增大時，輸入電流也增大，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。5.3分散式控制方法與集中控制策略相比，分散控制策略將集中控制電路分散到各個模塊中，使每個模塊功能相對完整，成為一個獨(dú)立運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，模塊之間可以通過通信線路互連。在采用分散控制策略的前提下，系統(tǒng)可以根據(jù)不同的接入電壓等級任意增加或減少模塊數(shù)量，提高了系統(tǒng)的靈活性和單元模塊的獨(dú)立性。分散控制策略使單元模塊在系統(tǒng)中處于同一位置，任何模塊故障都不會影響其他模塊的正常運(yùn)行，從而保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的可靠性和冗余度。因此，針對ISOP系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，將分散控制策略的思想應(yīng)用于本文所研究的ISOP結(jié)構(gòu)直流變壓器，可以更好地發(fā)揮多模塊組合系統(tǒng)的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，本文采用了中壓直流配電網(wǎng)用直流變壓器的控制方法。如圖5-3所示：圖5-3系統(tǒng)級分散式控制策略如圖所示，本文所采用的控制策略包括三個閉環(huán)控制，即輸出電壓環(huán)、輸入電壓均壓環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。輸出電壓回路用于控制和穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出電壓。控制系統(tǒng)采集系統(tǒng)的輸出電壓，并通過反饋系統(tǒng)反饋輸出電壓信號。將輸出電壓信號與參考電壓進(jìn)行比較，然后將輸出電流內(nèi)環(huán)中的一個參考電流通過補(bǔ)償裝置。當(dāng)輸出電壓升高時，采集到的輸出電壓信號與參考電壓值的比較信號為正，補(bǔ)償后得到的參考電流值增大，使電流內(nèi)環(huán)中的輸出信號變大，導(dǎo)致補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的正輸出信號。從而提高了控制系統(tǒng)控制驅(qū)動模塊的輸出頻率。根據(jù)LLC諧振變換器的電壓增益特性，輸出電壓隨工作頻率的增加而降低，使輸出電壓在額定水平下降低并穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓降低時也是如此。輸入均衡環(huán)用于維持模塊間輸入電壓的平衡，防止模塊間的循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。輸入電壓均衡器收集每個模塊的輸入電壓，并將其與輸入電壓的平均值進(jìn)行比較。然后，比較值在補(bǔ)償器之后輸出電流內(nèi)環(huán)的另一個參考電流信號。當(dāng)模塊的輸入電壓升高時，電路采集的輸出電壓值與參考值相比為正，使電流內(nèi)環(huán)的參考電流值增大，電流內(nèi)環(huán)的輸出信號為正，使控制系統(tǒng)控制增加工作頻率。系統(tǒng)的cy。從系統(tǒng)的正電阻特性可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的工作頻率上升時，模塊的輸入阻抗減小，形成了單模塊。模塊的輸入電壓降低并穩(wěn)定在正常值。當(dāng)單元模塊的輸入電壓降低時也是如此。

6直流變壓器系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)6.1額定參數(shù)的選擇隨著柔性高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，直流斷路器、直流斷路器等直流設(shè)備的研究成果不斷豐富，水平不斷提高。直流配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。目前，我國直流配電網(wǎng)的電壓等級分配規(guī)則尚不明確。因此，在選擇本論文提出的直流配電網(wǎng)用直流變壓器的額定參數(shù)之前，有必要確定直流配電網(wǎng)的電壓等級延拓。電壓等級序列的制定應(yīng)首先具有前瞻性，充分考慮未來直流負(fù)荷的發(fā)展趨勢，同時對直流電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定程度的預(yù)測。各電平應(yīng)相互匹配，以建立合理的電壓電平序列。然而，在本文所關(guān)注的中低壓直流配電領(lǐng)域，根據(jù)目前的研究，中壓側(cè)大多采用10kV電壓設(shè)計(jì)。該電壓等級的目的是為終端配電站或大負(fù)荷供電，充分考慮其供電能力和經(jīng)濟(jì)性。研究發(fā)現(xiàn)，10千伏直流電源的供電能力與20千伏交流電源相當(dāng)，但10千伏直流電源對輸電線路的絕緣能力要求不如10千伏交流輸電線路。因此，在直流配電網(wǎng)的中壓側(cè)采用10kV電壓等級序列，可以大大降低投資成本，同時也可以大大提高配電網(wǎng)的相應(yīng)輸電能力。在直流配電網(wǎng)低壓側(cè)電壓等級順序的選擇上，400V是目前選擇最廣泛的直流電壓等級，也是各類直流功耗的終端設(shè)備。可直接連接的電壓等級可通過逆變器向220v交流電源設(shè)備供電。因此，該電壓可作為用戶的家庭電壓。在某些情況下，為了與由各種安全電池組成的直流接入系統(tǒng)兼容，該電壓也可轉(zhuǎn)換為200V直流電源。根據(jù)對直流配電網(wǎng)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢的調(diào)查研究，以及以上電壓等級序列的選擇，最后選定的系統(tǒng)的額定參數(shù)如表6-1所示:表6-1系統(tǒng)額定參數(shù)表參考量數(shù)值網(wǎng)側(cè)電壓10kv輸出電壓400v額定功率400kw6.2級聯(lián)模塊數(shù)的選定由于本文提出的直流變壓器的一次側(cè)是為了適應(yīng)高壓，所以選擇電壓應(yīng)力較強(qiáng)的IGBT作為單元模塊的開關(guān)器件。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，雖然一些IGBT開關(guān)可以加壓到6.5千伏，但應(yīng)力大的開關(guān)管也意味著高損耗?？紤]到成本因素，采用高壓應(yīng)力開關(guān)器件。性能開關(guān)成本過高，經(jīng)濟(jì)性差。由于本文提出的直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用IS0P結(jié)構(gòu)，能很好地解決變壓器一次側(cè)的分壓問題，各單元模塊采用支持電容分壓結(jié)構(gòu)，能很好地保護(hù)IGBT。由于主側(cè)接有10kV電壓，綜合考慮以上情況考慮，最后選定系統(tǒng)級聯(lián)模塊數(shù)為４。6.3開關(guān)頻率的選擇開關(guān)頻率是以LLC諧振變換器為基本單元的直流變壓器系統(tǒng)的一個重要參數(shù)。開關(guān)頻率的增加對減小變壓器體積和減小變壓器重量有明顯的影響。因此，應(yīng)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)盡可能提高開關(guān)頻率。但值得注意的是，隨著開關(guān)頻率的增加，LLC諧振變換器中交流變壓器線圈導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，磁性元件的磁滯損耗也隨之增大。另外，作為諧振電感的一部分，變壓器的漏感隨開關(guān)頻率的增加而增大，必然導(dǎo)致LLC諧振變換器電感比例系數(shù)K的降低，進(jìn)而改變單元模塊的工作特性，從而影響到功率因數(shù)的穩(wěn)定性?？紫到y(tǒng)。同時，高壓大功率IGBT開關(guān)頻率上限也是阻礙開關(guān)頻率提高的主要因素之一。對于適合本系統(tǒng)的IGBT器件參數(shù)，開關(guān)延遲時間為1.20us，開關(guān)上升時間為0.35us，因此總開關(guān)時間可計(jì)算為1.55us。中斷時間8.20us，中斷下降時間0.5us，中斷累積時間3.10us，總中斷時間11.80us。從上述關(guān)斷時間的限制可以看出，開關(guān)頻率過高不適合該系統(tǒng)。最后，考慮到IGBT本身的損耗大于傳統(tǒng)的MOS晶體管，損耗將隨著頻率的增加而進(jìn)一步增加。綜上所述，本文提出的直流變壓器系統(tǒng)的開關(guān)頻率為1.8kHz。6.4主側(cè)支撐電容的設(shè)計(jì)在主支撐電容器的設(shè)計(jì)中，考慮了兩個局限性。首先，為了削弱紋波電壓，減輕特殊情況下電壓突變造成的負(fù)面影響，并保持輸出電壓的穩(wěn)定，主側(cè)支持電壓應(yīng)取較大值；其次，為了快速跟蹤系統(tǒng)的控制并獲得良好的響應(yīng)速度，主側(cè)支撐電容取較小值。讓主輸入電容器的初始電壓為Udc，可得支撐電容電壓為：（6-1）當(dāng)主側(cè)支捸電容充電至額定電壓時，充電時間：（6-2）根據(jù)本文提出的直流變壓器系統(tǒng)的以下指標(biāo)，應(yīng)設(shè)置支持電容器的最大充電時間，即LLC諧振變換器主側(cè)支持電容器從初始值到額定值的充電時間不應(yīng)大于或等于充電時間LLC諧振變換器主側(cè)的支撐電容。即計(jì)算得到:(6-3)在工程上，支持電容器的充電電流一般取無功直流電壓跟隨性最大充電時間小于0.15s，由于系統(tǒng)在輸入側(cè)采用四個模塊串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此每個模塊的輸入直流電壓為2.5kV。通過式（6-3）可以得到支撐電容的范圍：C≤0.0782F本文選擇輸入側(cè)支撐電容為＝0.0656.5ＬＬＣ諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)計(jì)首先確定單元模塊中頻變壓器的轉(zhuǎn)換比。為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，將額定電壓輸入的開關(guān)頻率設(shè)置為串聯(lián)諧振頻率。在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，機(jī)組模塊的額定輸入電壓為2.5kV，輸出電壓為400V，根據(jù)公式（2-22）得出N=6.25。本文將單元模塊電壓的范圍設(shè)定為2。25-2。7kV。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制，曲線值應(yīng)大于ZV實(shí)現(xiàn)的最小值（即圖5-1中的水平虛線），工作頻率應(yīng)選為該規(guī)范中q的最大值。本文根據(jù)LLC諧振變換器的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，選擇Q=1.1。通過對該方法的研究，可以得到單元模塊一次側(cè)的等效載荷。(6-1)綜上，可以得到一系列諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(6-2)6.6輸出電容的設(shè)計(jì)由于本文提出的直流變壓器系統(tǒng)單元模塊的輸出級采用倍壓整流電路，因此每個輸出電容器的輸出電壓為實(shí)際模塊輸出電壓的一半。本設(shè)計(jì)非常適合直流配電網(wǎng)的高壓輸出，能很好地保護(hù)整流二極管，節(jié)約成本。輸出電容的選取可由下式得出：(6-3)其中：最后可以得到。6.7本章小節(jié)根據(jù)實(shí)際工作情況，設(shè)計(jì)了一臺10kV/400V直流配電網(wǎng)用直流變壓器。將穩(wěn)態(tài)特性分析與實(shí)驗(yàn)仿真相結(jié)合，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)參數(shù)，并通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能和實(shí)用性。首先，通過對全負(fù)荷和輕負(fù)荷下諧振網(wǎng)絡(luò)電壓和電流的仿真波形的觀察，驗(yàn)證了參數(shù)優(yōu)化方法的正確性。然后，通過對原二次側(cè)開關(guān)電壓和電流的仿真波形，驗(yàn)證了系統(tǒng)的單元模塊，即LLC諧振變換器一次側(cè)開關(guān)的零電壓關(guān)斷特性和二次側(cè)開關(guān)二極管的零電流關(guān)斷特性。啟動了系統(tǒng)級仿真實(shí)驗(yàn)，通過仿真實(shí)驗(yàn)，在額定工況下獲得了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)波形。然后對系統(tǒng)從滿負(fù)荷到輕負(fù)荷、從輕負(fù)荷到滿負(fù)荷的性能和電網(wǎng)電壓波動進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7總結(jié)通過對電流型直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較，選擇輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（ISOP）結(jié)構(gòu)作為本文提出的基于直流配電網(wǎng)的直流變壓器的主要結(jié)構(gòu)。在直流變換器的比較中，基于諧振變換器的諸多優(yōu)點(diǎn)，選擇LLC諧振變換器作為系統(tǒng)的單元模塊。本文的主要內(nèi)容包括LLC諧