直流变压器在并网光伏发电系统中的应用研究.docx

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1、本科毕业论文论文题目：直流变压器在并网光伏发电系统中的应用研究当今社会，人们对能源的需求量增加，传统不可再生能源已经无法满足需求，于是开始需要发展新型能源，太阳能作为其中的代表，对绿色发展有着重要意义。在太阳能转换为电能然后，就需要并入电网，在并网过程中，有一重要组成部分：变压器，其可以改变光伏系统发出电流的电压，让电流安全高效并入电网。随着光伏系统发展，传统变压器已不能满足需求，而新型直流变压器在不断更新换代的过程中,不断优化,在很多方面可以已经完美替代传统变压器。面对目前的新式变压器，本文将选出其中具有代表性的一部分，对其优劣性进行介绍，并与传统变压器做出对比，让人们在选择变压器时能更好做

2、出判断，选择出最适合自己的变压器。本文也讲述了并网系统的组成部分，并详细介绍直流变压器在其中的作用，直流变压器的分类、原理、特点及使用注意事项，来对变压器的使用和维护做出参考。最后将通过仿真模拟低压直流电转换为高压直流电过程，观察模拟结果图像，得出结论。通过仿真，以DAB拓扑设计了并网系统中的直流变压器运行过程，利用受控直流电压源模拟光伏阵列，发出50-100V的电流，通过直流变压器，变压至380V。输出电流为2.62A,得到输出功率为IkW,符合设计要求。此设计说明了直流变压器的运行过程，直观展示了直流变压器在光伏并网系统中的作用，证明了并网系统需要通过直流变压器改变电压，让电流安全、高效的

3、并入电网，以供使用。关键字：光伏发电；并网系统；直流变压器；仿真论文类型：工程设计AbstractIntodayssociety,people,sdemandforenergyisincreasing,andtraditionalnon-renewableenergycannolongermeetthedemand.Therefore,newenergyisneededtodevelop.Solarenergy,asarepresentativeofit,isofgreatsignificanceforgreendevelopment.Whenthesolarenergyisconverted

4、intoelectricity,itneedstobefedintothegrid.Animportantpartofthegridconnectionprocessisthetransformer,whichcanchangethevoltageatwhichthephotovoltaicsystemsendsthecurrent,allowingittobefedintothegridsafelyandefficiently.Withthedevelopmentofphotovoltaicsystem,thetraditionaltransformercannolongermeetthed

5、emand,andthenewDCtransformerintheprocessofcontinuousupgrading,continuousoptimization,inmanyaspectscanhavetheperfectreplacementofthetraditionaltransformer.Inthefaceofthecurrentnewtransformer,thispaperwillselectarepresentativepartoftheadvantagesanddisadvantagesoftheintroduction,andmakeacomparisonwitht

6、hetraditionaltransformer,sothatpeoplecanmakeabetterjudgmentintheselectionoftransformers,choosethemostsuitablefortheirowntransformer.Thispaperalsodescribesthecomponentsofthegrid-connectedsystem,anddescribesindetailtheroleofDCtransformer,DCtransformerclassification,principle,characteristicsandusepreca

7、utions,tomakereferencetotheuseandmaintenanceoftransfonners.Finally,theprocessofconvertinglowvoltagedirectcurrentintohighvoltagedirectcurrentissimulatedandthesimulationresultsareobserved.Throughsimulation,theoperationprocessofDCtransformeringrid-connectedsystemisdesignedwithDABtopology.ThecontrolledD

8、Cvoltagesourceisusedtosimulatephotovoltaicarray,andthecurrentof50-100Vissentout,whichpassesthroughtheDCtransformerandchangesvoltageto380V.Theoutputcurrentis2.62A,andtheoutputpowerisIkW,whichmeetsthedesignrequirements.ThisdesignillustratestheoperationprocessofDCtransformer,intuitivelyshowstheroleofDC

9、transformerinphotovoltaicgrid-connectedsystem,andprovesthatthegrid-connectedsystemneedstochangethevoltagethroughDCtransformer,sothatthecurrentissafelyandefficientlyintegratedintothegridforuse.Keywords:photovoltaicpowergeneration;Grid-connectedsystem;Dctransformer；simulation摘要IAbstract错误!未定义书签。目录III1

10、绪论11.1 本课题的研究背景及意义11.2 直流变压器结构11.3 直流变压器分类21.4 直流变压器的原理与功能31.5 小结42光伏系统中的直流变压器简介52.1 光伏系统中直流变压器特点52.2 并网系统中的直流变压器工作原理62.3 并网系统中变压器的要求72.4 系统可能遇见的故障及改进策略82.5 小结93并网光伏系统中的直流变压器应用仿真113.1 并网光伏系统组成113.2 并网系统中的直流变压器仿真原理113.2.1 仿真受控直流电压源部分123.2.2 仿真主电路部分133.2.3 仿真控制部分143.3 仿真结果及分析183.3.1 仿真输入输出电压183.3.2 仿真

11、输出电流20333仿真输出功率21334仿真结果分析214结论与展望224.1 结论224.2 展望22参考文献24致谢25附录仿真系统原理图261绪论1.1 本课题的研究背景及意义近年来，随着人类社会对电力需求的不断增加和石化能源的枯竭，可再生能源的利用变得越来越重要。2020年9月，习近平总书记在联合国大会纪念世界环境与发展大会开幕式上发表了题为人与自然和谐共生的绿色发展之路的致辞，其中指出，我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。进入21世纪，世界各国对太阳能的开发与利用取得了巨大的进展。然而，由于光伏发电还存在着间歇性、波动性、随机性等特点，如果将光伏阵列直

12、接接入到交流电网中，将会导致无功电压。由于电力系统的相位、频率不一致，且电力系统的供电能力和覆盖范围有限，就会使得远距离输送时有较大的能量损失。相对于传统的交流电网，直流电网具有供电稳定性高、线路成本低、损耗小、无功稳定以及相位同步性好等特点，因此直流电网的发展不断被人们重视。直流变压器在光伏发电的接入、汇集和传输过程中具有重要意义，就使得直流配电网和直流变压器的研究变得越来越重要。与常规的逆变式光伏电站相比，采用直流方式并网，可大幅降低电流的损耗，提高发电效率。然而，由于其独特的架构，使得该系统在故障穿越与保护上仍面临诸多难题，具体表现为：(1)在并网过程中，因具有直流变换级，就会导致系统发

13、生故障穿越时，可能会出现直流母线过电压问题。(2)当系统本身故障穿越时，站侧的距离保护很可能失效，从而就会产生被拒动的危险。(3)在直流故障通过某一过渡电阻时，因系统故障不易察觉，常规直流保护无法有效辨识。为此，本文对相应的原理进行研究，对问题进行分析，认识其出现原因，并对其解决方案提出自己的观点。1.2 直流变压器结构在各种直流变压器中，大多数变压器的结构是相同，即结构分为原边和副边，而原边与副边电路的匹配是多种多样的。在直流变压器中，原边电路有推挽、半桥、全桥等多种方式，副边可以采用半波或全波整流器，还可以采用推挽正激整流器。因此，对直流变压器的拓扑进行研究是非常有意义的。在图1.1中，可

14、以看到直流变压器的经典代表：双向半桥直流变压器。图1.l双向半桥直流变压器基本电路1.3 直流变压器分类对直流变压器分类的方式很多，若按变压器的高压侧与低压侧的比值，可将直流变压器分为高压、中压、低压变压器，如表1.2所示。若按两侧是否进行电气隔离以及其拓扑结构，可分为隔离型直流变压器和非隔离型直流变压器。如表1.3所示。表1.2直流变压器根据电压变比归类直流变压器分类变比低变比k1.5中变比1.5k5高变比k5表1.3直流变压器拓扑结构分类隔离型变压器非隔离型变压器双有源桥型直流变压器（DAB）直流自耦变压器（DCAUTO）基于MCC的面对面式直流变压器谐振型DC-DC变压器FIybackZ

15、Forward式变压器MMC-DC变压器在通常使用过程中，人们大多采用拓扑结构分类法。因其中应用研究领域更广，更具代表性。下文将对隔离型直流变压器和非隔离型直流变压器做出详细简绍。(1)隔离型直流变压器可分为DAB型直流变压器和MMC直流变压器。DAB型直流变压器具有双向功率传输功能，可以实现软开关技术；MMC直流变换器的拓扑结构具有易于扩充、传输损耗小等特点。(2)非隔离型直流变压器可分为谐振型直流变压器和自耦型直流变压器。其中谐振型直流变压器体积小，传输效率高，可以在大功率直流输电和高压输电时发挥具有一定优势；自耦型直流变压器不仅保留了MMC直流变压器的优点,而且节省了建造容量，减少了传输损耗，在各种高压大功率场合拥有巨大优势。1.4 直流变压器的原理与功能直流变压器可以将低电压转换高电压，其工作原理基于磁场作用，直流电在线圈中流过，就会形成磁场，如果将另外一个线圈放在这个线圈的旁边，然后，其中一个绕组产生的磁场将穿过另外一个绕组，这样就形成了一个电动势。电磁场的大小取决于两个绕组的匝数和它们间的磁通，其工作原理如图1.4所示。若要改变电动势的大小则只需改变线圈的匝数。不断地改变线圈的匝数，就可以将输入电压转换为所需要的输出电压。直流变压器应用十分广泛，在电力系统中不仅可以用其实现电压转换，还可用于各种电子设备的电源转换和电动机控制。直流