用于智能微网的软开关固态变压器及其控制技术研究

A new-type soft-switching solid-state transformer(SST) and its control strategies are put forward and studied in this application project, which is based on the status that some issues could still encounter when current SST is used in smart microgrid for large-scale renewable energy connecting to grid,interconnecting,or bidirection power flow control. A new-type soft-switching SST with optimal topology, which focus on coupled-inductor based soft-switching ZVT converter, and a self-adaptive soft-switching technique with adjustable time-delay and adaptation for different inputs and loads, are first put forward and studied.The control strategies, such as each converter stage control of SST, dc-side capacitor voltage balance control of cascaded H-bridge,power balance control of dual active bridge,Device-level multi-objective optimization coordination control,multi-level protection system and system black start control, are then studied successively based on the new established SST mathematic model. All the research work will form a theoretical and methodological foundation for renewable energy flexible connecting to grid or interconnecting , and the systematic and substantial research achievements of SST used in future smart microgrid will be finally obtained and summarized .The research of this project will help to rich the advanced theory and method of SST , and will be of great theoretical value and broad application prospect to promote the microgrid and solid-state transformer technology.

针对现有固态变压器技术用于智能电网中大规模可再生能源接入、互联、双向潮流控制等方面存在的问题，本申请项目提出并研究一种用于智能微网的新型软开关固态变压器拓扑及其控制技术。以基于耦合电感换流的软开关ZVT变换器为重点，研究开发具有新型优化拓扑结构的软开关SST，提出具有可调延时、满足不同输入和负载条件的自适应软开关技术；通过建立新型SST的数学模型，研究SST的各级底层控制策略、级联H桥直流侧电容电压平衡控制策略、双有源H桥的功率平衡控制策略、SST的装置级多目标优化协调控制策略、SST的多层次保护体系和系统"黑启动"控制策略等，为实现可再生能源柔性接入与互联等奠定理论和方法基础，最终形成应用于未来智能微网的SST的系统性和实质性的研究成果。本项目的研究有助于丰富固态变压器技术的先进理论与方法，对促进微电网和固态变压器技术的发展具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

针对现有固态变压器用于智能电网中大规模可再生能源接入、互联、双向潮流控制等方面存在的问题，本项目提出并研究一种用于智能电网的新型软开关固态变压器拓扑及其控制技术。提出了一种基于电压过零检测电路的可调延时控制方法，应用到新型双耦合电感软开关ZVT变换器中，实现了零电压开关的自适应控制；针对双有源DC-DC变换器采用传统单移相控制时存在环流功率以及电压不匹配时电流应力过大的缺点，提出了基于双重移相控制的双有源DC-DC变换器的最优电流控制方法；提出了用于两模块和多模块并联组合DC-DC变换器的均流控制系统及控制方法，该法不需要电流检测单元就能够实现各并联模块间的均流；建立了SST的数学模型及各级变换器的底层控制策略，提出了在整流级采用电压均衡控制、DAB级采用功率均衡控制的SST装置级协调控制策略；将单相SST的研究成果推广应用到三相级联式SST，提出了三相SST的电压均衡和功率均衡的装置级协调控制策略，同时对三相SST在电网电压不平衡时的控制策略进行研究；本项目扩展对基于SiC器件的SST拓扑和控制进行了初步的研究，提出了一种高压SIC器件过流检测与保护电路、装置及方法。本项目的研究丰富了固态变压器技术的先进理论和方法，为实现可再生能源柔性接入与互联奠定了理论和方法基础，对促进微电网和固态变压器技术的发展具有重要的理论价值和广阔的应用前景。