【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )課 題 名 稱 高 頻 變 壓 器 的 建 模 與 仿 真 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、 專 業(yè) 電 氣 工 程 系 、 0 級 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 講 師 2020 年 5 月 15 日邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）I摘要高頻變壓器是一種含有電力電子變換器且通過變壓器實現(xiàn)磁耦合的變換裝置，它通過電力電子變換技術(shù)和變壓器實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞。其區(qū)別于傳統(tǒng)電力變壓器突出的特點在于體積小、重量輕，可以實現(xiàn)對變壓器原副方電壓幅值和相位的靈活控制，可以滿足未來電力系統(tǒng)的很多新的要求。因此，對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略開展研究是很有必要的，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文首先介紹了高頻變壓器的幾種典型實現(xiàn)方案，即AC/AC、AC/DC/AC 兩種拓?fù)湫问健Ｆ渲兄攸c介紹了 AC/DC/AC 拓?fù)湫问?，并對其各組成部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的分析。對新型高頻變壓器的原邊實施了 SPWM 調(diào)制策略，并對這種方案進(jìn)行了 Matlab/sirnulink 仿真研究，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，驗證了方案的正確性。關(guān)鍵詞：高頻變壓器；拓?fù)?；建模仿真邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）IIAbstractThe high 一 frequency Transformer is a convertible device which contains power Electronic converter and makes use of transformer realizing the magism coupling , it converts voltage and transfers energy by Power electronic technology and the high一 frequency transformer Its Prominent characteristic is smaller And lighter than the traditional transformer, a flexible control for the main and Subsidiary side voltage amplitude and Phase can be also achieved respectively, it can Satisfy many new requests of future Power system. Therefore, it is necessary that Study its topology structure and the control schemes. Firstly, some typical schemes of the high 一 frequency Transformer areGeneralized in this paper, and the topology structure and control strategy of high 一frequency Transformer Subassembly are analyzed in strategy has been Put in the main side of high 一 frequency Transformer, under the grid with nonideal brought Out the feedforward and feedback pensation control, and carried out Matlab/Simulink emulation. Key words：High 一 Frequency Transformer (HFT)；Topology；Modeling and simulation 目 錄摘要????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????ⅠAbstract??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????Ⅱ1 緒論??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 課題研究的背景和意義????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 當(dāng)前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 高頻變壓器的應(yīng)用及其前景????????????????????????????????????????????????????????????????4 本文的主要工作???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52 高頻變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理??????????????????????????????????????????????????????6 高頻變壓器的工作原理???????????????????????????????????????????????????????????????????????6 高頻變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)???????????????????????????????????????????????????????????????????????93 高頻變壓器的電路結(jié)構(gòu)及控制方式????????????????????????????????????????????????????12 高頻變壓器的基本結(jié)構(gòu)?????????????????????????????????????????????????????????????????????12 輸入級電路及控制方式?????????????????????????????????????????????????????????????????????12 隔離級電路及控制方式?????????????????????????????????????????????????????????????????????18 輸出級電路及控制方式?????????????????????????????????????????????????????????????????????214 建模仿真及結(jié)果分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28 MATLAP/Simulink 簡介 ???????????????????????????????????????????????????????????????????28 建模仿真及分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29總結(jié)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33參考文獻(xiàn)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34致謝????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????37邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11 緒論 課題研究的背景和意義我國電網(wǎng)建設(shè)己經(jīng)頗具規(guī)模，但總體而言結(jié)構(gòu)還是較為薄弱，加上裝機(jī)容量不足，負(fù)荷高峰時段電力系統(tǒng)往往處于零備用運行，電網(wǎng)安全受到極大威脅。同時，我國處于全國聯(lián)網(wǎng)的初期，聯(lián)網(wǎng)要經(jīng)過一個由弱到強(qiáng)的過程，交流弱聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題十分突出。由于部分電網(wǎng) 500 千伏網(wǎng)架薄弱，為保證電網(wǎng)可靠性，被迫采用 500 千伏與 220 千伏電磁環(huán)網(wǎng)運行，電磁環(huán)網(wǎng)問題影響了輸電能力的充分發(fā)揮，使輸電斷面的穩(wěn)定水平降低。與之相對的是，隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，信息社會對供電質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)，用戶對電能質(zhì)量以及供電可靠性提出了更高的要求。如何在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上盡量避免故障，保證供給用戶可靠和合乎標(biāo)準(zhǔn)的電能，確保用戶電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運行已成為急需解決的課題。另外，當(dāng)今世界對環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展問題也日趨關(guān)注。傳統(tǒng)的煤炭、石油等礦物能源儲量有限，在若干年后都將開采殆盡，積極利用新能源和可再生能源發(fā)電已成為社會發(fā)展的必然要求。太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及小水電等分布式發(fā)電系統(tǒng)在整個能源結(jié)構(gòu)中的比重逐步上升，并有望將成為今后的主要能源來源。分布式電源容量小，分布廣，交直流電源兼有，且電源電壓或頻率具有較大的波動性,如何有效可靠地將它們?nèi)谌腚娏ο到y(tǒng)也是今后需要解決的問題之一。電力變壓器自 19 世紀(jì)被發(fā)明以來，已經(jīng)成為輸配電系統(tǒng)的基本組成設(shè)備，數(shù)量巨大。目前，傳統(tǒng)的電力變壓器通常采用鐵芯油浸式，具有制作工藝簡單、可靠性高等優(yōu)點，但是缺點也十分明顯，包括：體積、重量大，空載損耗較高，變壓器油對環(huán)境存在威脅，其主要作用是變壓和隔離，功能比較單一，鐵芯飽和時，會產(chǎn)生諧波，在投入電網(wǎng)時還會造成較大的勵磁涌流。此外，傳統(tǒng)鐵芯變壓器過載時易導(dǎo)致輸出電壓下降、產(chǎn)生諧波；變壓器兩側(cè)發(fā)生故障時，故障電流、電壓容易通過電磁藕荷傳播，從而導(dǎo)致故障擴(kuò)大；帶非線性負(fù)載時，畸變電流通過變壓器藕合進(jìn)入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的污染；電源側(cè)電壓受到干擾時，又會傳遞到負(fù)載側(cè)，導(dǎo)致對敏感負(fù)荷的影響；使用絕緣油造成環(huán)境污染；當(dāng)系統(tǒng)瓦解或者過載時需要配套的相關(guān)設(shè)備對其進(jìn)行保護(hù)。由此可見，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，受到擾動影響較大時，傳統(tǒng)變壓器無法起到抑制擾動，增大系統(tǒng)阻尼，提高電能質(zhì)量，滿足用戶的要求的作用。另外，由于無法控制流經(jīng)常規(guī)變壓器邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2電能的電流、電壓與頻率，傳統(tǒng)變壓器無法靈活地將各種分布式電源接入電力系統(tǒng)。基于以上原因，國內(nèi)外研究人員近年來都在積極探索研究新型的電力變壓器。而隨著大功率電力電子元器件及其控制技術(shù)的發(fā)展，一種通過電力電子變換實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞的新型高頻變壓器得到了越來越多的關(guān)注。該類高頻變壓器是一種含有電力電子變換器且通過高頻變壓器實現(xiàn)磁耦合的變電裝置，它通過電力電子變換技術(shù)和高頻變壓器實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞。其突出特點在于它可以實現(xiàn)對變壓器原副方電壓幅值和相位的靈活控制，可以滿足未來電力系統(tǒng)的很多新的要求，包括：更高的穩(wěn)定性，實現(xiàn)更加靈活的輸電方式，整合各種交直流分布式電源，以及實現(xiàn)電力市場下對功率潮流的實時控制。因此，作為輸配電系統(tǒng)最基本的組成設(shè)備，這種新型變壓器具備解決電力系統(tǒng)中面臨的許多新課題的潛力，有廣闊的應(yīng)用前景。由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，有理由相信這種新型變壓器能在不久的將來進(jìn)入實際電力系統(tǒng)，逐步替代目前使用常規(guī)鐵芯式變壓器。因此，對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制規(guī)律以及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用開展研究是很有必要的，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。與常規(guī)的鐵芯式變壓器相比，高頻變壓器具有如下優(yōu)點：(1) 體積小，重量輕，無環(huán)境污染；(2) 運行時可保持副方輸出電壓幅值恒定，不隨負(fù)載變化；(3) 始終保證原、副方電壓電流為正弦波形，并且原、副方功率因數(shù)任意可調(diào)；(4) 具有高度可控性，變壓器原副方電壓、電流的幅值和相位均可控；(5) 兼有斷路器的功能，大功率電力電子器件可以瞬時(微秒級)關(guān)斷故障大電流，也無需常規(guī)變壓器的復(fù)雜繼電保護(hù)裝置。(6）含有智能控制原件,一方面可以實現(xiàn)裝置的自檢測、自診斷、自保護(hù)、自修復(fù)等功能,另一方面可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信,對于實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化具有積極意義。將高頻變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)后,將會給電力系統(tǒng)帶來很多