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🔥 内容介绍
一、核心理论基础
1.1 拓扑结构解析
含中间直流环节的三相 PET 采用三级式拓扑架构，实现电能的高效变换与电气隔离，具体构成如下：
- 输入级：三相 PWM 整流器（常用 H 桥级联结构），核心功能为将工频交流电转换为稳定直流电，通过功率因数校正（PFC）实现单位功率因数运行，抑制电网谐波污染。
- 中间直流环节：能量缓冲与传输枢纽，由支撑电容（Cdc）、谐振电感（Lr）及预充电电阻组成，承担平滑功率波动、稳定直流母线电压（典型值 1-4kV）、滤除 100Hz 二次谐波的关键作用。
- 输出级：根据负载需求选择拓扑，交流负载适配三相 PWM 逆变器（输出 380V/50Hz 交流电），直流负载适配 DC-DC 变换器，部分场景集成新能源 / 储能接口。
能量流路径为：工频交流→整流为直流→高频逆变→高频变压器耦合→二次整流→工频逆变输出，通过高频变压器（>1kHz）替代传统工频变压器，实现体积缩减与功率密度提升。
1.2 工作原理核心
输入级通过 PWM 控制使输入电流与电压同相位，实现功率因数校正；中间直流环节储存电能并稳定电压基准；输出级通过相应变换器将直流电能转换为负载所需的交 / 直流形式，全系统通过协调控制实现功率双向流动与电能质量调节。
二、Simulink 模型搭建实操
2.1 核心模块配置
2.1.1 输入级建模
- 主电路：从 SimPowerSystems 库选取 "Three-Phase Voltage Source"（幅值 1000V，频率 50Hz）、三相全桥 IGBT 整流器，串联网侧电感（典型值 10mH）抑制电流纹波。
- 参数设置：开关频率 10kHz，IGBT 采用理想模型（工程验证需加入导通电阻与结电容）。
2.1.2 输出级建模
- 交流输出：三相 PWM 逆变器（SVPWM 调制），输出滤波电感 2mH，接 10kW 三相异步电机负载。
- 直流输出：双有源桥（DAB）DC-DC 变换器，移相控制，输入 700V，输出 400V/25A。
2.2 控制策略实现
采用分层双闭环控制架构，通过 S-Function 编写控制算法：
3.2.1 输入级控制
- 外环：直流母线电压闭环，给定值 Udc_ref 与实际值偏差经 PI 调节器（kp=0.8，ki=20）输出电流幅值指令。
- 内环：dq 轴电流闭环，通过 Park 变换实现电流解耦，跟踪外环指令，保证输入电流正弦化（THD<5%）。
- 调制方式：空间矢量脉宽调制（SVPWM），电压利用率比 SPWM 高 15%。
2.2.2 中间级控制
DAB 变换器采用移相调制（PSM） ，通过改进 PI-R 控制器抑制二次功率脉动，移相角调节范围 0-π/2，实现功率平滑调节。
2.2.3 输出级控制
- 逆变器：电压外环（控制幅值与频率）+ 电流内环（快速跟踪），确保输出电压 THD<3%。
- DC-DC 变换器：电压外环 + 电流内环，移相角动态调节响应时间 < 10ms。
2.3 模型搭建步骤
- 新建 Simulink 模型，添加 "Powergui" 模块（求解器选择 ode23tb，步长 5e-6s）。
- 按拓扑结构连接输入级、中间直流环节、输出级模块，设置接地与测量点。
- 搭建控制子系统：创建 "Input_Control"、"DAB_Control"、"Output_Control" 子模块，通过 S-Function 实现算法。
- 配置测量模块：添加 "Scope" 观测电压电流波形，"Power Measurement" 监测功率参数。
三、进阶拓展方向
- 新型拓扑建模：搭建 MMC-DAB 混合结构 PET 模型，重点仿真环流控制策略。
- 宽禁带器件适配：引入 SiC/GaN 器件模型，仿真步长降至 100ns 以下。
- 实时仿真实现：基于 RT-LAB 搭建 HIL 测试平台，验证控制器硬件性能。
- 多场景应用：添加光伏 / 储能接口，仿真微电网中 PET 的能量协调控制。
⛳️ 运行结果
🔗 参考文献
[1] 林霖.基于电力电子变压器的柔性直流互联配电网协调控制研究[D].东北电力大学,2021.
[2] 张旭峰.三相级联电力电子变压器中间直流电容电压均衡控制研究[D].西南交通大学,2020.
[3] 汪斌.列车牵引传动系统性能分析和仿真技术研究[D].浙江大学,2013.DOI:CNKI:CDMD:2.1013.177896.
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