基于T型三电平全桥DC/DC变换器的海上风电场直流汇聚研究

DC collection and transmission is an excellent way for offshore wind farm to integrate wind power to onshore grid . Considering the special advantage of T-type converter and medium frequency transformer,this project presents a novel power collection system based on T-type DC/DC converter.T-type three level technique is firstly introduced to the DC/DC converter, where the modle, power loss, and PWM modulation will be studied. Meanwhile, an optimization algorithm based on multiple impact factors is presented for sovling the parameters of medium frequency transfermoer.Adptive control of collection voltage is also given to supress the wind resouce ripple. At the same time, a fault estimation and tolerance technique is designed for power collection part. And a digital control system based on DSP and FPGA is also developed to ensure the realization of the algorithm.This project combines the thoery with the engineering very well.It is very important to carry out the project.

直流汇聚与传输技术是解决大规模海上风电场并网问题的有效途径。结合T型三电平逆变器与隔离型中频变压器的显著优点，提出一种基于T型三电平全桥DC/DC变换器的新型海上直流汇聚系统。项目针对T型三电平直流变换器的模型推导、损耗分析、调制方式等关键问题开展研究，并完成主电路参数的选型与设计；同时，为平抑海上风力资源强随机扰动对汇聚系统所造成的不利影响，提出一种综合直流网、DC/DC变换器、风机变流器三者运行状态的电压自适应控制策略；最后，为有效保障所提方案的工程实现，开发了一套由数字信号处理器（DSP）和现场可编程逻辑阵列（FPGA）组成的高速数字控制系统。项目研究将理论和工程紧密结合，工程应用意义十分明显。

本项目以T型三电平全桥DC/DC变换器设计与控制为研究对象，主要研究了T型三电平全桥DC/DC变换器的主电路拓扑设计、系统元件参数计算选型、变换器的PWM调制方式、直流汇聚电压控制、高速数字控制系统等方面。重点研究了T型三电平脉冲调制方式，通过脉冲矢量分析和排序，解决了中性点电容电压不均衡问题，并进一步完成易于工程实际调试的脉冲开关时间计算公式；项目基于状态空间平均法，构建了变换器在不同矢量区间的状态空间方程，在此基础上建立了变换器的小信号数学模型，并完成了推导系统传递函数的推导；项目基于有限元分析与计算，开展了核心部件中频隔离变压器的电磁参数计算与仿真，完成了以非晶合金铁芯的中频变压器的样机设计与加工。项目研究了T型三电平DC/DC变换器的输入、输出电压的闭环调节控制与系统直流汇聚电压的调节，考虑不同类型风机侧整流器情况下，DC/DC变换器电压控制与汇聚控制的相应解决方案。项目设计了一套基于TMS320F38335+SPARTAN-3E的高速数字控制系统，完成了T型三电平全桥DC/DC变换器的试验平台搭建。项目为应用研究项目，理论与实际相结合，在执行期间，累计申请国家发明专利2项，在国内外期刊、会议上共发表论文（含录用）10篇，其中SCI、EI收录（含待检索）6篇，参加各类学术交流活动5次，培养青年教师3名，硕士研究生4名。