前言

為了應(yīng)對因過度依賴化石能源所造成的生態(tài)環(huán)境問題和能源安全問題，推動社會與經(jīng)濟的綠色低碳轉(zhuǎn)型，我國大力發(fā)展光伏、風(fēng)電等可再生清潔能源，積極構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系。構(gòu)建含有新能源大規(guī)模接入的能源互聯(lián)網(wǎng)，要求電網(wǎng)必須具備潮流柔性控制、多形態(tài)能源負荷接入等功能。在此背景下，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)暴露出供電容量不足、潮流調(diào)節(jié)困難、電能質(zhì)量難以保障等問題，且對直流負荷兼容性差、分布式新能源消納能力不足。相比于傳統(tǒng)交流配電技術(shù)，直流配電技術(shù)具有供電容量更大、方便靈活接入各類直流負荷與分布式新能源的特點。其中，直流變壓器可以實現(xiàn)母線電壓控制、不同電壓等級母線間的電氣隔離、雙向潮流調(diào)度、故障阻斷等功能，是直流配電網(wǎng)的核心設(shè)備之一。

應(yīng)用于中低壓直流配電系統(tǒng)的直流變壓器應(yīng)具備中壓變換與電氣隔離功能。而受限于現(xiàn)有商用半導(dǎo)體器件的電壓、功率等級，傳統(tǒng)隔離型直流變換拓撲難以適用于中壓場合。為實現(xiàn)中壓直流母線接入，目前隔離型直流變壓器主要有三種解決思路：一是半導(dǎo)體器件串聯(lián)或采用高壓寬禁帶半導(dǎo)體器件；二是采用模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)；三是采用輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)或輸入串聯(lián)、輸出串聯(lián)結(jié)構(gòu)。本書將從這三種思路對應(yīng)用于中低壓直流配電系統(tǒng)的直流變壓器進行詳細梳理與闡述，并介紹近年來作者所在東南大學(xué)實驗室所取得的研究成果和工程應(yīng)用實例。懇請電力電子界、電力系統(tǒng)界的各位前輩和同行批評指正，提出寶貴意見和建議。

本書共分為11章。第1章介紹中低壓直流配電系統(tǒng)的概念和發(fā)展歷程，并闡述直流變壓器的研究現(xiàn)狀，包括目前直流變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法，以及存在的問題。第2章歸納高輸入電壓型直流變換器拓撲的構(gòu)造思路，提出一種三相三倍壓DAB（Three-Phase Triple-Voltage DAB, T2-DAB）變換器作為輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)（Input Series Output Parallel, ISOP）型直流變壓器的功率模塊，分析其工作原理、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計方法和控制策略。第3章提出一種基于非對稱占空比調(diào)制與移相控制的混合優(yōu)化控制策略，可實現(xiàn)T2-DAB變換器在寬電壓、全負載范圍內(nèi)的開關(guān)管零電壓開通，同時降低器件電流應(yīng)力。第4章提出一種三相三倍壓LLC（Three-Phase Triple-Voltage LLC，T2-LLC）諧振變換器，研究了不同諧振參數(shù)、開關(guān)管寄生電容等對變換器軟開關(guān)情況的影響，并據(jù)此建立損耗模型進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。第5章對比分析DAB變換器與串聯(lián)諧振變換器（Series Resonant Converter, SRC），提出一種DAB/SRC變換器組合式ISOP型直流變壓器，該變換器兼具DAB變換器靈活電壓/功率控制能力與SRC高變換效率的優(yōu)勢。第6章提出一種電容間接串聯(lián)式ISOP型直流變壓器拓撲結(jié)構(gòu)，解決了中壓側(cè)短路故障處理問題，分析該直流變壓器的工作模態(tài)，提出基于非對稱占空比控制的電壓調(diào)控策略以及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計方法。第7章提出一種緊湊型模塊化多電平直流變壓器拓撲，并結(jié)合該拓撲運行特性，提出一種基于恒投入/恒切出子模塊的寬電壓增益范圍準方波調(diào)制策略。第8章結(jié)合模塊化多電平結(jié)構(gòu)與開關(guān)器件串聯(lián)技術(shù)，提出一種模塊化多電平-串聯(lián)開關(guān)組合式直流變壓器拓撲，并分析其工作原理、控制策略以及參數(shù)設(shè)計方法。第9章提出基于子模塊類方波調(diào)制改進的軟開關(guān)優(yōu)化控制、基于低壓側(cè)全橋內(nèi)移相的電感電流優(yōu)化控制、基于中壓側(cè)全橋換流移相的閥串支路電流優(yōu)化控制三種控制策略，實現(xiàn)模塊化多電平-串聯(lián)開關(guān)組合式直流變壓在寬電壓、寬負荷工況下的低電流應(yīng)力、高效率運行。第10章針對T2-DAB變換器中的關(guān)鍵元件——大功率三相高頻變壓器，建立損耗與溫升模型，以變換效率與功率密度為目標對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，并完成120kVA/10kHz三相高頻變壓器的研制與測試工作。第11章介紹了一種具有故障隔離能力的開關(guān)電容型ISOP直流變壓器，并以南瑞集團有限公司研制的±10kV/750V/2MW直流變壓器樣機為例，分析其子模塊以及直流變壓器整體系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計與控制方案，并給出測試結(jié)果。

作者所在東南大學(xué)課題組的同學(xué)先后參與了研究工作，他們是舒良才、薛晨煬、姚金杰、金浩哲、李容冠等。他們努力、勤奮，付出了勞動和心血，為課題的研究做出了重要貢獻，在此對他們表示衷心感謝。

本書相關(guān)的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金（51922028）、國家電網(wǎng)有限公司科技項目（SGJSDK00PW2000236）的資助，在編寫過程中，得到了許繼電氣股份有限公司和南瑞集團有限公司等單位的大力支持和幫助，在此也表示衷心的感謝。

本書的出版得到了機械工業(yè)出版社的大力支持，特此致謝！

作者