基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)分析

賈 祺，趙 彪，嚴(yán)干貴，宋 強(qiáng)

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基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)分析

賈 祺1，趙 彪2，嚴(yán)干貴1，宋 強(qiáng)2

(1.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012；2.清華大學(xué), 北京 100084)

為了克服柔性中壓直流配電網(wǎng)工頻方案中變壓器體積大、重量大、噪音大、控制不夠靈活等問題，提出一種基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中直流配電母線不僅包括中壓直流母線，還包括低壓直流母線；中低壓直流母線之間通過直流變壓器進(jìn)行連接；低壓直流母線用于接入各類分布式電源。該系統(tǒng)中高頻鏈直流變壓器的使用不僅實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)直流母線間的電壓變換、能量管理，還可以有效提高系統(tǒng)功率密度。介紹了中壓柔性直流配電系統(tǒng)架構(gòu)，給出了高頻鏈直流變壓器以及其它典型換流器的設(shè)計(jì)和分析，并對直流配電系統(tǒng)的工作模式和控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，搭建了仿真平臺(tái)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

直流配電網(wǎng)；中壓；DAB；直流變壓器；高頻鏈

0 引言

20世紀(jì)70年代末的能源危機(jī)爆發(fā)，環(huán)境污染和能源短缺等問題的出現(xiàn)，推動(dòng)了分布式電源的發(fā)展，而大多數(shù)分布式電源產(chǎn)生的電能均為直流電。另外，從目前的負(fù)荷發(fā)展來看，與計(jì)算機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)中心、計(jì)算中心、網(wǎng)絡(luò)中心等直流負(fù)荷的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為了這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志，文獻(xiàn)[1]統(tǒng)計(jì)了美國樓宇用電情況，指出美國樓宇用電總量的30%在供上述設(shè)備使用前需要經(jīng)過換流設(shè)備轉(zhuǎn)化成直流電，并且該比重在未來的5年內(nèi)將達(dá)到80%。若采用直流配電網(wǎng)來接入這些直流分布式電源和直流負(fù)荷，可以節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)，減小體積，降低成本和損耗[2-3]。綜上所述，分布式電源以及直流負(fù)荷的發(fā)展都推動(dòng)了直流配電網(wǎng)的發(fā)展。另外，直流配電網(wǎng)本身具有線路成本低、輸電損耗小、供電可靠性高、環(huán)保等優(yōu)勢，相比于交流配電網(wǎng)，具有很大的發(fā)展前景。

截止到目前，美國、歐洲、日本等各個(gè)國家和地區(qū)都開展了直流配電網(wǎng)的研究。但是大多數(shù)研究多集中在低壓直流微電網(wǎng)方面，中壓配電網(wǎng)主要以交流為主。并且，目前針對直流微電網(wǎng)接入更高電壓等級(jí)的交流配電網(wǎng)也主要存在兩種方案：工頻方案和高頻方案。

對于工頻方案，就是利用工頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離與電壓匹配。低壓母線需要經(jīng)過DC/AC變換器將低壓直流變成低壓交流，然后經(jīng)過工頻隔離變壓器與中壓配電網(wǎng)連接。目前，這種方案是研究直流配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的一種方案。文獻(xiàn)[4]利用儲(chǔ)能的下垂特性研究微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制。文獻(xiàn)[5]分析光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能構(gòu)成的直流微電網(wǎng)運(yùn)行特性，總結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行模式，提出整體協(xié)調(diào)控制策略。文獻(xiàn)[6]根據(jù)功率流動(dòng)的方向來劃分系統(tǒng)的工作模式。文獻(xiàn)[7]以風(fēng)電直流微網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出了電壓分層協(xié)調(diào)控制策略。文獻(xiàn)[8]以DC/AC變換器為研究對象，分析了系統(tǒng)處于并網(wǎng)、孤島，切換運(yùn)行三個(gè)模式下控制方法。這種方案雖然應(yīng)用廣泛，但是工頻變壓器占地大、質(zhì)量笨重并且噪聲很大。

對于高頻方案，就是通過采用交流電力電子變壓器來實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)與高壓交流配網(wǎng)的連接，如北卡大學(xué)提出的FREEDM系統(tǒng)[9]。相比較工頻方案，雖然高頻方案應(yīng)用的比較少，并且損耗相對較大，但是可以有效解決工頻方案中存在的體積大、重量大、噪音大、諧波含量高、控制不夠靈活等問題。隨著分布式電源等的大規(guī)模應(yīng)用，具有較大的應(yīng)用潛力。

根據(jù)上述發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀，本文提出一種基于高頻鏈直流變壓器(DC solid state transformer, DCSST)的柔性中壓直流配電系統(tǒng)，其中壓和低壓母線均為直流，高頻鏈直流變壓器作為中低壓直流母線之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)電壓和功率的靈活控制和管理。文中給出了該中壓柔性直流配電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，給出了高頻鏈直流變壓器以及其它典型換流器的設(shè)計(jì)和分析，并對直流配電系統(tǒng)的工作模式和控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，搭建了仿真平臺(tái)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

1 柔性中壓直流配電系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出的基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。中低壓配電網(wǎng)和微電網(wǎng)均為直流，并且通過高頻鏈直流變壓器相連。光伏發(fā)電、電池儲(chǔ)能[10-11]、交直流負(fù)荷等系統(tǒng)均通過非隔離型DC/DC以及AC/DC變換器[12-13]接入低壓直流微電網(wǎng)[14]。

圖1 基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)

圖1中高頻鏈直流變壓器主要通過高頻隔離變壓器來提供電壓匹配和電氣隔離，高頻隔離變壓器兩側(cè)均采用AC/DC變換來與中低壓直流母線連接。相對交流電力電子變壓器方案，直流變壓器具有更少的變換環(huán)節(jié)，效率、功率密度以及可靠性均有效提高。

中壓直流配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中壓直流母線可以通過直流變壓器向交、直流負(fù)荷供電；直流微電網(wǎng)也可以通過直流變壓器向配電網(wǎng)饋電。系統(tǒng)故障時(shí)，光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)等可以通過低壓直流微電網(wǎng)、也可以通過中壓直流配電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式，分別給低壓直流母線或中壓直流母線系統(tǒng)上的負(fù)荷供電。

另外，柔性中壓直流配電相對于單純的低壓直流微電網(wǎng)來說，可以為大容量的光伏電站、儲(chǔ)能電站以及交、直流微電網(wǎng)提供直流并網(wǎng)接口，節(jié)省大量的變流環(huán)節(jié)，節(jié)約成本，降低損耗。而相對于高壓直流輸電來說，可以通過直流變壓器連接中壓母線與直流輸電網(wǎng)，為高壓直流輸電網(wǎng)提供配電接口。

2 高頻鏈直流變壓器特性分析

2.1 雙主動(dòng)全橋變換器

本文中高頻鏈直流變壓器主要采用雙主動(dòng)全橋變換器(Dual Active Bridge, DAB)[15-17]級(jí)聯(lián)形式，不僅能實(shí)現(xiàn)電壓變換和電氣隔離，同時(shí)能量具有雙向性。典型的單相DAB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由兩個(gè)全橋變換器、兩個(gè)直流電容、一個(gè)輔助電感和一個(gè)高頻變壓器構(gòu)成組成。由于DAB具有模塊化對稱結(jié)構(gòu)、雙向傳輸功率能力、動(dòng)作響應(yīng)快、軟開關(guān)易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，近幾年受到越來越多的關(guān)注。

圖3為DAB的工作原理圖，本文采用單移相控制。其中：h1和h2為DAB兩側(cè)全橋變換器的交流端電壓；L為全橋變換器交流端電感電流；hs為半個(gè)周期；為移相比。電感電流L可以表示為

穩(wěn)態(tài)下，流過電感的平均電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)為零，并且傳輸功率可以表示為

(2)

式中：為變壓器變比；S為開關(guān)頻率。通過式(2)可以看出調(diào)節(jié)移相比就可以調(diào)節(jié)DAB功率流動(dòng)的大小和方向，進(jìn)而也可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。

圖2 雙主動(dòng)全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 雙主動(dòng)全橋變壓器控制原理

2.2 高頻鏈直流變壓器

以DAB為基本單元的高頻鏈直流變壓器如圖4所示。多個(gè)完全相同的DAB在高壓端串聯(lián)接入中壓直流配電網(wǎng)，在低壓端并聯(lián)接入低壓直流微電網(wǎng)。圖4中：MVDC和LVDC分別為中壓和低壓母線電壓；MVi和LVi分別為各DAB單元在中壓端和低壓端的平均電流；MVi和LVi為各DAB單元在中壓端和低壓端的平均電壓，其中：=1, 2,,。

從圖4中可以看出，高頻鏈直流變壓器中，各DAB單元在串聯(lián)側(cè)電流相等，并聯(lián)側(cè)電壓相等，并且直流變壓器傳輸功率為各個(gè)DAB單元傳輸功率之和，即

式中，DCSST為直流變壓器傳輸功率。由于各DAB參數(shù)和控制方法一致，可得

(4)

比較式(2)、式(4)可以看出，直流變壓器與DAB傳輸功率基本一致，主要區(qū)別在于直流變壓器中壓端電壓是各個(gè)DAB單元中壓端串聯(lián)電壓之和。

圖4 直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對于高頻鏈直流變壓器的控制，不僅要對各個(gè)DAB單元進(jìn)行控制，同時(shí)還有實(shí)現(xiàn)各個(gè)DAB單元在中壓端的電壓平衡和低壓端的電流平衡。DAB的傳輸功率在輸入端與輸出端相等，即

根據(jù)前面分析可得

(6)

由式(6)可以得到，電壓平衡與電流平衡等價(jià)。因此，直流變壓器只需要對電壓或者電流平衡進(jìn)行控制。

2.3 其他典型接口變換器

光伏、儲(chǔ)能的非隔離型DC/DC變流器[18-19]由Boost/Buck變流器組成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。其中：1為儲(chǔ)能電池電壓或者光伏出口電壓；2為低壓母線電壓。

當(dāng)功率由電源流向母線時(shí)，變換器運(yùn)行在Boost模式；當(dāng)功率由母線流向電源時(shí)，變換器運(yùn)行在Buck模式。

圖5 Boost-Buck變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(8)

式(7)為Boost模式下電壓關(guān)系，式(8)為Buck模式下電壓關(guān)系，其中，為占空比。

對于低壓母線接入交流負(fù)荷，通常采用DC/AC變換器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，DC為DC/AC直流側(cè)電壓，AB為交流側(cè)電壓，o為DC/AC輸出電流。

圖6 DC/AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DC/AC變換器交流輸出端可以連接負(fù)荷，也可以連接電網(wǎng)，并且AB的幅值和相位是可控的，通過控制AB的幅值和相位便可以控制電感兩端的電壓，進(jìn)一步可以控制o的幅值和相位，實(shí)現(xiàn)功率的雙向傳輸。本文中DC/AC變換器主要用來驅(qū)動(dòng)交流負(fù)荷，并選擇DC/AC工作在功率因數(shù)為1處運(yùn)行。

3 柔性中壓直流配電網(wǎng)工作模式與控制器設(shè)計(jì)

3.1 柔性中壓直流配電網(wǎng)工作模式設(shè)計(jì)

直流變壓器作為直流配電系統(tǒng)的核心部分，可以根據(jù)它的工作模式來確定系統(tǒng)的工作模式，因此設(shè)計(jì)為三種工作模式，并且各個(gè)模式之間可以相互切換。

1) 中壓模式

低壓母線電壓固定，當(dāng)中壓配電母線側(cè)異常，分布式電源正常工作時(shí)，為了保證中壓母線側(cè)負(fù)荷供電，直流變壓器控制中壓母線，分布式電源通過直流變壓器向中壓母線側(cè)負(fù)荷供電。

2) 低壓模式

中壓母線固定，低壓母線由直流變壓器控制。該模式下，中壓母線可以通過直流變壓器向低壓側(cè)負(fù)荷供電，低壓側(cè)分布式電源也可以通過直流變壓器向中壓母線側(cè)饋電。

3) 功率模式

在功率模式中，中低壓母線均固定，直流變壓器控制功率流動(dòng)的大小和方向。

通過上面的分析可知，在系統(tǒng)不同的工作模式下，各部分變流器的工作狀態(tài)也不同。各個(gè)部分控制器是相互獨(dú)立的，它們之間無信號(hào)的傳遞，通過控制中低壓母線電壓的穩(wěn)定即可控制系統(tǒng)的功率平衡，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 雙主動(dòng)全橋變換器控制設(shè)計(jì)

作為高頻鏈直流變壓器的重要組成部分，DAB典型的控制策略見圖7，通常對于DAB的控制采用電壓電流雙閉環(huán)策略。母線電壓的偏差經(jīng)過PI控制器后作為電流內(nèi)環(huán)的參考值ref，電流偏差經(jīng)過控制器后得到移相角，輸入到脈寬調(diào)制單元得到驅(qū)動(dòng)脈沖。

圖7 雙主動(dòng)全橋變換器控制設(shè)計(jì)

3.3 高頻鏈直流變壓器控制設(shè)計(jì)

如前文所述，對直流變壓器的控制也就是對于每個(gè)DAB采用相同的控制方法，最重要的是控制中壓端各DAB串聯(lián)單元電壓平衡，低壓端各DAB并聯(lián)單元電流平衡。

當(dāng)系統(tǒng)工作在中壓模式時(shí)，中壓母線電壓由直流變壓器控制，在此模式下，直流變壓器中每個(gè)DAB單元的控制策略與典型的DAB控制策略一致，其控制策略見圖8(a)。各個(gè)DAB控制各自的中壓端電壓，保證各自電壓相等。外環(huán)中壓母線電壓誤差經(jīng)過PI后生成中壓側(cè)電流參考值，電流誤差經(jīng)過PI后生成移相角，輸入PWM脈寬調(diào)制單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。

當(dāng)系統(tǒng)工作在低壓模式時(shí)，直流變壓器不僅要控制低壓母線電壓，還要控制中壓端各個(gè)DAB電壓的電壓平衡，其控制策略見圖8(b)。低壓母線電壓誤差經(jīng)過PI后生成的值作為低壓電流參考值，電壓平衡控制器采集各DAB單元中壓端電壓MVi，按公式(9)計(jì)算出平均電壓1avr，1avr與MV1之差作為DAB電流參考值的修正量。即低壓電壓控制器的輸出與電流修正量之和作為DAB低壓電流參考值。

當(dāng)系統(tǒng)工作在功率模式時(shí)，其控制策略見圖8(c)。該模式下，中低壓母線電壓均固定。根據(jù)指定傳輸功率求出的電流值與電壓平衡控制器輸出值之和作為DAB中壓端電流參考值。

圖8 高頻鏈直流變壓器控制設(shè)計(jì)

Fig. 8 Control strategy of DCSST module

3.4 其他典型接口變換器控制設(shè)計(jì)

在圖1所示的柔性中壓直流配電網(wǎng)中，非隔離雙向DC/DC主要用于光伏、儲(chǔ)能的接入。光伏接口單元控制策略見圖9(a)。其中，PV為光伏電流；PV為光伏電壓，經(jīng)過MPPT控制器后產(chǎn)生電壓參考值，電壓誤差經(jīng)過PI放大后，再與三角載波比較法生成開關(guān)管門極脈沖。在該系統(tǒng)中光伏始終處于最大功率追蹤模式。

當(dāng)系統(tǒng)工作在低壓模式時(shí)儲(chǔ)能電池接口單元控制策略見圖9(b)。其中bref為電流充/放電電流參考值，此模式下，儲(chǔ)能電池根據(jù)指定的功率值進(jìn)行充放電，可計(jì)算出bref；b為流過電感電流值，電流誤差經(jīng)過PI放大后，根據(jù)電流流向的不同確定工作開關(guān)管與占空比，再與三角載波比較法生成開關(guān)管門極脈沖。

當(dāng)系統(tǒng)工作在中壓模式或者功率模式時(shí)，儲(chǔ)能電池接口單元電壓電流雙閉環(huán)控制策略見圖9(c)。其中LVDCref為低壓母線電壓參考值；低壓母線電壓誤差經(jīng)過PI放大后生成內(nèi)環(huán)電池電流參考值，內(nèi)環(huán)電流誤差經(jīng)過PI放大后，根據(jù)電流流向的不同確定工作開關(guān)管與占空比，再與三角載波比較法生成開關(guān)管門極脈沖。

圖9 非隔離DC-DC變換器控制設(shè)計(jì)

低壓母線可以通過DC/AC驅(qū)動(dòng)交流負(fù)荷，控制策略見圖10。其中：oref為交流負(fù)荷輸出電壓參考值；o為輸出電壓值，DC/AC主要控制輸出電壓，電壓誤差經(jīng)過PI后，輸入到正弦脈寬調(diào)制單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖。

4 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)主要參數(shù)

為了驗(yàn)證本文提出的基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)的有效性，在EMTDC/ PSCAD中搭建仿真模型。光伏陣列參數(shù)、直流變壓器參數(shù)以及系統(tǒng)其他參數(shù)如表1、表2、表3所示。

表1 光伏參數(shù)

表2 直流變壓器參數(shù)

表3 系統(tǒng)其他參數(shù)

4.2 仿真分析

系統(tǒng)處于低壓工作模式下，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作波形如圖11。圖11(a)低壓母線電壓由直流變壓器控制，基本穩(wěn)定在400 V。圖11(b)中光伏以最大功率追蹤模式運(yùn)行，儲(chǔ)能電池以恒定的功率充電，此時(shí)光伏發(fā)出功率不足時(shí)，中壓母線側(cè)通過直流變壓器向低壓側(cè)傳輸功率,本文儲(chǔ)能電池以充電為正方向。圖11(c)為直流變壓器中單個(gè)DAB工作情況,高低壓兩側(cè)全橋交流輸出電壓h11和h12均為方波，彼此間移開角度，并且h11超前h12，功率由中壓側(cè)流向低壓側(cè)。原邊電感電流L1為近似于梯形波的高頻交流。

當(dāng)光伏發(fā)出功率剩余并且儲(chǔ)能以恒定的功率放電時(shí)，低壓母線側(cè)則通過直流變壓器向中壓側(cè)饋電，如圖11(d)、(e)示，DAB單元中h11的相位滯后h12。

圖11 低壓模式下系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行曲線

系統(tǒng)處于中壓工作模式下，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作波形如圖12。圖12(a)中低壓母線電壓由儲(chǔ)能裝置控制，基本穩(wěn)定在400 V，中壓母線電壓由直流變壓器控制，從圖12(a)中可以看出單個(gè)DAB中壓端電壓基本穩(wěn)定在500 V。圖12(b)、(c)可以看出，光伏和儲(chǔ)能電池向系統(tǒng)發(fā)出功率，低壓母線側(cè)通過直流變壓器向中壓側(cè)供電。

系統(tǒng)處于功率工作模式下，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)工作波形如圖13。圖13(a)中根據(jù)要傳輸?shù)墓β视?jì)算出中壓側(cè)電流的參考值，并由直流變壓器控制中壓側(cè)電流。此時(shí)DAB單元中工作情況如圖13(c)所示，h11超前h12，功率由中壓側(cè)流向低壓側(cè)，圖13(b)為此時(shí)系統(tǒng)功率分配圖。

圖14為系統(tǒng)工作模式切換圖。圖14(a)中0~2 s時(shí)，系統(tǒng)工作在低壓模式，直流變壓器控制低壓母線電壓基本穩(wěn)定在400 V，中壓母線電壓固定，2 s后系統(tǒng)切換到中壓模式，此時(shí)低壓母線由儲(chǔ)能電池維持，中壓母線電壓由直流變壓器控制，經(jīng)過短暫的暫態(tài)過程后，低壓母線電壓基本穩(wěn)定在400 V，DAB中壓端電壓基本穩(wěn)定在500 V。圖14(b)則為低壓工作模式與功率工作模式之間切換，從圖中可以看出，經(jīng)過短暫的暫態(tài)過程后，低壓母線電壓基本穩(wěn)定在400 V。

低壓母線通過DC/AC驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，在系統(tǒng)工作的3個(gè)模式中，通?？刂艱C/AC工作在功率因數(shù)為1的狀態(tài)，如圖15所示。

圖15 交流負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行曲線

5 結(jié)論

本文提出了一種基于高頻鏈直流變壓器的柔性中壓直流配電系統(tǒng)，其中壓和低壓母線均為直流。從理論上分析了高頻鏈直流變壓器以及其他典型變流器的工作特性，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的工作模式，各部分控制器?；贓MTDC/PSCAD的仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制器的正確性、系統(tǒng)的有效運(yùn)行。該系統(tǒng)相比于交流配電網(wǎng)，不需要對電壓的相位和頻率進(jìn)行追蹤，可靠性與可控性高；相比于傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)采用了高頻變壓器代替工頻變壓器，不僅實(shí)現(xiàn)電壓匹配與電氣隔離，同時(shí)帶來了體積小、重量輕、成本低、降低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)靈活，易擴(kuò)展，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，實(shí)際中可按要求進(jìn)一步擴(kuò)展。

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(編輯 張愛琴)

Analysis of flexible medium voltage DC power distribution system based on high-frequency-link DC solid state transformer

JIA Qi1, ZHAO Biao2, YAN Gangui1, SONG Qiang2

(1. Northeast Dianli University, Jilin 132012, China; 2. Tsinghua University, Beijing 100084, China)

In order to solve the transformer’s problems such as huge volume, heavy weight, large noise, and control is not flexible enough in the power frequency scheme of the flexible medium voltage DC power distribution system, a flexible medium voltage DC power distribution system based on high-frequency link DC solid state transformer is presented. The system of DC power distribution buses include not only medium voltage DC bus, but also low voltage DC bus;the medium and low voltage DC buses are connected via a DC solid state transformer; low voltage DC bus is used for access to all kinds of distributed power supply. In this system, the use of high frequency link DC solid state transformer not only realizes the voltage transformation, energy management between different voltage levels, but also effectively improves the system power density. The medium voltage flexible DC distribution system architecture is introduced, the high-frequency link DC solid state transformer and other typical converters are designed and analyzed, and the working mode of DC power distribution system and a controller are designed. Finally, the simulation platform is built to verify the effectiveness of the system. This work is supported by Projects of International Cooperation and Exchanges NSFC (No. 512111038).

DC power distribution; medium voltage; DAB; DC solid state transformer; high-frequency-link

10.7667/PSPC151485

國家自然科學(xué)基金國際交流合作項(xiàng)目(512111038)

2015-08-21；

2016-01-28

賈 祺(1991-)，男，通信作者，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槿嵝灾绷髋潆娂夹g(shù)；E-mail：15948692960@163.com趙 彪(1987-)，男，博士，主要研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏斉潆娂夹g(shù)和智能功率變換技術(shù)；E-mail: zhaobiao 112904829@126.com 嚴(yán)干貴(1971-)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行分析與控制技術(shù)。E-mail: yangg@ mail.nedu.edu.cn