正版 直流变压器拓扑 控制及应用 陈武 舒良才 侯凯 金浩哲 李容冠 工作原理 参数设计方法 控制策略 高压宽禁带半

商品名称：

直流变压器拓扑、控制及应用

作 者：

陈武等著

市 场 价：

99.00元

ISBN 号：

978-7-111-71951-9

出版日期：

2023年2月第1版第1次印刷

开 本：

169mm×239mm•18印张•368千字

出 版 社：

机械工业出版社

电力电子新技术系列图书序言

序

前言

第1章绪论1

1.1直流变压器背景概述1

1.2直流变压器研究现状3

1.2.1基于半导体器件串联/高压宽禁带半导体器件的直流变压器4

1.2.2基于模块化多电平换流器的直流变压器6

1.2.3基于ISOP或ISOS结构的直流变压器10

1.3主要研究内容及章节安排13

第2章面向高功率密度ISOP型直流变压器的T2-DAB变换器16

2.1T2-DAB变换器工作原理分析16

2.1.1桥式电路拓扑梳理与推演16

2.1.2T2-DAB变换器拓扑与工作原理19

2.2T2-DAB变换器参数设计与验证24

2.2.1参数设计24

2.2.2稳态控制策略26

2.2.3启动策略28

2.2.4仿真验证30

2.2.5实验验证32

2.3基于不同类型DAB变换器的ISOP型直流变压器方案对比34

2.3.1开关器件36

2.3.2磁性元件38

2.3.3电容39

2.4本章小结39

第3章面向T2-DAB变换器的低电流应力ZVS优化控制策略40

3.1T2-DAB变换器电压不匹配与轻载情况下的ZVS分析40

3.2非对称占空比移相混合控制策略43

3.2.1串/并联式三相桥的非对称占空比调制策略43

3.2.2混合控制策略下T2-DAB变换器工作模态分析44

3.3小电流应力与宽范围ZVS控制参数优化48

3.3.1ZVS开通约束48

3.3.2优化结果与控制策略实现52

3.4实验验证54

3.5本章小结62

第4章面向高效率ISOP型直流变压器的T2-LLC谐振变换器63

4.1T2-LLC变换器拓扑与工作原理63

4.1.1T2-LLC变换器拓扑及控制方法63

4.1.2T2-LLC变换器典型工作情况原理分析65

4.2T2-LLC变换器参数优化72

4.2.1T2-LLC变换器工况分类72

4.2.2T2-LLC变换器损耗分析与参数优化75

4.3仿真与实验验证80

4.3.1仿真验证80

4.3.2实验验证81

4.4本章小结85

第5章DAB/SRC组合式ISOP型直流变压器87

5.1DAB变换器和SRC特性对比分析87

5.1.1DAB变换器与HC-DCM-SRC电压增益特性对比87

5.1.2DAB/SRC损耗特性对比89

5.2DAB/SRC组合式ISOP型直流变压器91

5.2.1电路结构与工作原理分析91

5.2.2参数设计93

5.3仿真和实验验证95

5.3.1仿真验证95

5.3.2实验验证98

5.4本章小结101

第6章电容间接串联式ISOP型直流变压器102

6.1电路结构和工作原理102

6.1.1电路结构与APWM控制策略102

6.1.2APWM控制策略与移相控制策略对比分析105

6.1.3工作模态及软开关特性分析107

6.1.4基于模块间交错移相控制策略的输入电感电流纹波分析109

6.2模块间均压均流控制策略分析111

6.2.1平衡特性分析111

6.2.2平衡控制策略112

6.3故障处理策略113

6.3.1直流母线短路故障处理策略113

6.3.2子模块冗余策略113

6.4实验结果116

6.5本章小结119

第7章模块化多电平型紧凑化直流变压器120

7.1MMDCT拓扑结构及工作原理120

7.1.1拓扑结构120

7.1.2调制策略121

7.1.3功率特性123

7.1.4软开关特性128

7.2基于子模块恒投入的电压控制策略132

7.2.1宽范围控制132

7.2.2均压控制134

7.2.3总体控制134

7.2.4仿真验证135

7.3基于子模块恒投入/恒切出的电压控制策略140

7.3.1工作原理140

7.3.2功率特性141

7.3.3软开关特性分析146

7.3.4平滑切换点设计与控制策略150

7.3.5仿真验证152

7.4实验验证155

7.4.1基于子模块恒投入的电压控制策略实验验证155

7.4.2基于子模块恒投入/恒切出的电压控制策略实验验证159

7.5本章小结161

第8章模块化多电平-串联开关组合式直流变压器162

8.1拓扑结构及工作原理162

8.1.1拓扑结构162

8.1.2调制策略162

8.1.3工作原理163

8.2运行特性169

8.2.1子模块支路工作特性169

8.2.2软开关特性171

8.2.3子模块电容均压特性173

8.3控制策略174

8.3.1功率/电压控制模式174

8.3.2子模块电容均压控制174

8.4参数设计及仿真验证179

8.4.1M2S2DCT参数设计179

8.4.2仿真验证183

8.5实验验证187

8.5.1样机平台187

8.5.2实验结果187

8.6本章小结191

第9章模块化多电平-串联开关组合式直流变压器的宽电压高效控制192

9.1基于子模块类方波改进调制的软开关及支路电流优化控制192

9.1.1动态占空比控制策略193

9.1.2动态内移相控制策略194

9.1.3仿真及实验验证195

9.2基于低压侧全桥内移相的电流优化控制198

9.2.1低压侧全桥内移相控制下M2S2DCT工作原理分析198

9.2.2低压侧全桥内移相控制下的传输电感电流应力分析202

9.2.3基于低压侧全桥内移相的改进型功率控制策略205

9.2.4仿真及实验验证209

9.3基于中压侧全桥换流移相的阀串支路电流优化控制211

9.3.1中压侧全桥换流对阀串子模块电流的影响211

9.3.2中压侧全桥换流点动态控制212

9.3.3仿真及实验验证215

9.4本章小结219

第10章基于T2-DAB的10kV/500kW直流变压器应用设计实例220

10.1T2-DAB变换模块参数设计220

10.2大功率三相高频变压器设计222

10.2.1三相高频变压器损耗建模224

10.2.2三相高频变压器温升约束234

10.2.3三相高频变压器漏感约束237

10.2.4三相高频变压器结构参数优化与样机240

10.3120kVA/10kHz大功率三相高频变压器测试244

10.4本章小结246

第11章±10kV/2MW开关电容型ISOP直流变压器247

11.1开关电容型ISOP直流变压器电路拓扑248

11.2子模块变换器工作原理与特性249

11.2.1SRDAB工作原理249

11.2.2SRDAB基本特性250

11.3控制策略254

11.3.1低压侧端口电压稳压控制254

11.3.2功率潮流控制255

11.4设计实例256

11.4.1性能指标256

11.4.2子模块数量N256

11.4.3开关电容半桥模块257

11.4.4SRDAB变换器258

11.5实验验证259

11.6本章小结263

参考文献264

本书针对面向中压直流配电场景的高效、高功率密度直流变压器技术，从拓扑结构、设计方法、控制策略与实际应用研究几个层面进行了系统阐述。本书共11章，除第1章绪论外，其余章节主要分为三个部分：第2~6章重点讨论了输入串联、输出并联型直流变压器的改进拓扑结构、工作原理、参数设计方法与控制策略，探索了直流变压器在运行效率、功率密度与故障处理能力方面的提升方法；第7~9章探讨了面向宽电压运行场景的基于高频链路结构的直流变压器改进方案，详细介绍了其工作原理、设计方法与控制策略；第10、11章则针对典型中压配电场合，重点讨论了直流变压器的硬件参数、控制策略以及大功率高频变压器的优化设计方法。

为应对气候变化，我国大力推进新能源和节能减排，并在第七十五届联合国大会上向全世界宣布了我国的双碳目标。为实现双碳目标，我国将大力发展风电、光伏等可再生能源，大力发展电动汽车、高铁、城轨等电气化交通，提升电气化在能源生产、消费中的比例。然而无论快速发展的新能源还是不断涌现的电动汽车充电站、数据中心等新型负荷，都存在随机性、间歇性、波动性等问题，这对传统交流配电系统的稳定运行带来了严重挑战，因此，需要发展新型配电系统技术。

近年来直流配电或交直流混合配电等受到了国内外的关注，相关技术处于快速发展阶段。直流变压器作为新型配电系统的核心部件，除具有传统变压器的升降压和隔离功能外，还具有潮流控制、保护、系统稳定等独特功能，适用新能源电动汽车充电等接入，并显著提升配电系统的性能。高效率、高功率密度、高可靠性的直流变压器是实现新型配电系统的关键装备，成为当前电力电子领域的研究热点。目前直流变压器仍存在结构复杂、体积大、可靠性不高，且运行效率不如交流工频变压器高等问题。因此，有必要进一步深入开展直流变压器拓扑结构、控制、设计与制造技术的研究开发，以实现直流变压器技术实用化，助力新型配电技术的发展，促进新能源和电动汽车产业的发展。

东南大学陈武教授团队在国内较早开展直流变压器技术和中压直流配电的研究开发，先后获得国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发项目等的支持，并积极与企业合作，成果在国内中压直流配电网示范工程中得到应用。作者在系统总结直流变压器关键技术研究成果的基础上，撰写了《直流变压器拓扑、控制及应用》。该著作凝聚了研究团队近十年的研究成果，首先回顾了直流变压器相关研究现状，梳理了直流变压器拓扑结构，并对不同拓扑结构进行了比较。在此基础上，介绍了高性能直流变压器拓扑结构、控制策略、样机研制。第一部分介绍了多模块串并联型直流变压器的优化方法，包括基于三相三倍压变换器的紧凑化直流变压器及控制，谐振/双有源桥变换器组合式直流变压器，以及电容间接串联式直流变压器方案；第二部分介绍了模块化多电平型直流变压器及控制；第三部分围绕直流变压器样机的设计，面向10kV直流配电系统介绍了120kW三相高频隔离变压器设计方法，以及2MW开关电容型直流变压器的设计与实验方法。

直流变压器作为中压直流配电系统中的关键装备，是支撑新型配电网稳定、可靠、高效运行的核心关键。目前尚缺乏该方面的系统性书籍，该著作的出版对相关技术的普及和推动具有很好的作用，为从事新型配电技术的科技工作者或研究生提供了很好的参考书，并对高性能直流变压器研发有良好的启迪作用，将促进我国新型配电技术的发展。

徐德鸿浙江大学教授