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开关瞬态波形提取隔离变压器漏感参数

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-18 09:46    点击量:

    基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测隔离变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性.最后分析总结了隔离变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系.

开关瞬态波形提取隔离变压器漏感参数
    为了应对全球能源危机和日益严峻的环境问题、抑制全球气候的变化,各国政府都在积极探索新能源发电技术和分布式电源系统[1].分布式电源系统的发展使得传统的配电由单纯的供电功能扩展出发电功能,灵活性增强[2].除了少数分布式电源系统直接用来就地供给用户以外,大多数需要实现与传统配电网的并网,而并网过程的实现一般需要借助于电力电子装置[3].

    带有高频隔离隔离变压器的电能路由器是一种集成融合了信息技术和电力电子直流电源变换技术的装置,能够实现能量的双向传输和高效利用[4],是分布式电源系统并网的理想选择,因此近年来受到越来越广泛的关注.

    电能路由器的拓扑形式多种多样,其中具有代表性的是美国北卡罗来纳州立大学提出的未来可再生能源传输和管理系统(Future RenewableElectric Energy Delivery and Management, FREEDM)[5].

    电能路由器的核心环节本质上是一台多端口电力电子隔离变压器,典型的电力电子隔离变压器拓扑主要分为基于模块化多电平直流电源变换器的结构[6]和基于级联H桥的结构[7].基于级联H桥结构的电力电子隔离变压器典型拓扑如图1所示,主要由隔离变压器输入整流器、中间双有源桥(Dual-ActiveBridge, DAB)DC-DC直流电源变换器和隔离变压器输出逆变器三级构成.

    DAB是一个由铜、铁和半导体构成的组合系统,在整个电力电子隔离变压器中承担着电气隔离、电压直流电源变换和功率双向传输等功能[8-10],而高频隔离隔离变压器则是DAB的核心器件之一.当DAB采用移相控制时,不论是单重移相控制、拓展移相控制、双重移相控制,还是三重移相控制,其最大可传输功率都是一定的,并且直接受控于高频隔离变压器的漏感大小[11].

    因此,在设计隔离变压器时,需要根据最大传输功率的需求,对隔离变压器的漏感进行精确设计.换句话说,对于一个已经设计好的隔离变压器,需要对其漏感进行精确检测,以此判断该隔离变压器能否满足设计者对于DAB最大可传输功率的要求.高频隔离变压器的漏感除了直接影响DAB的最大可传输功率以外,还是一些先进控制算法的隔离变压器输入参数.

    例如,为了提高DAB电流内环的带宽,文献[12]提出了一种预测电流控制,而该控制方法依赖于隔离变压器漏感的精确提取.综上所述,对电能路由器中高频隔离隔离变压器的漏感进行精确提取具有重要理论意义和使用价值.

    图1  基于级联H桥结构的电力电子隔离变压器拓扑基于级联H桥结构的电力电子隔离变压器拓扑目前最常见的隔离变压器参数测试方法是基于隔离变压器实验实现的,即通过隔离变压器开路实验测量其等效励磁阻抗,通过隔离变压器短路实验测量其等效漏磁阻抗[10,13].采用该方法测量隔离变压器参数时,施加在隔离变压器上的电压信号通常为正弦波,而实际上电能路由器中的隔离变压器是由高频方波信号驱动的.

    除此以外,高频隔离变压器中的磁场分布还和DAB的工作条件以及控制方法有关.因此,单纯通过隔离变压器实验测量其漏感等参数是无法满足高精度需求的,对隔离变压器漏感参数的提取需要尽可能地模拟其实际的工作条件.

    基于上述考虑,本文提出一种高频隔离变压器漏感参数的实验提取方法.该方法将隔离变压器直接应用于DAB实验中,利用实验过程中隔离变压器一次、二次电压、电流的测量结果对隔离变压器的漏感进行计算.通过该方法测量出来的漏感,能够最大限度地模拟隔离变压器的实际工作条件.

    作为比较,本文同时介绍了隔离变压器开路实验和短路实验的基本原理,并给出了通过隔离变压器实验得到的漏感测量结果.在此基础上,结合DAB的实验波形,对通过隔离变压器实验测得的漏感结果进行分析,指出其测量精度的缺陷.最后,对电能路由器中高频隔离隔离变压器的漏感变化规律进行了总结.

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