三相交流级联系统稳定性判据及解决方案研究

摘要

分布式电源系统(Distributed Power System，DPS)近年来在通信电源、电力舰船、新能源发电等领域获得广泛应用。级联结构是DPS的一种典型结构，即在电源和负载之间引入多级功率变换器模块。各自能够独立稳定工作的子模块组成级联系统后，源模块和负载模块之间的相互作用可能导致整个系统不稳定。本文针对三相交流级联系统，研究其稳定性判据及提高系统稳定性的解决方案。三相交流级联系统是一种多输入-多输出(MIMO)系统，其稳定性的判定可以采用广义奈奎斯特判据(GNSC)。
　　本文首先介绍由三相LC滤波器和三相电压型PWM整流器组成的三相交流级联系统，并建立了其在 dq坐标系下的小信号模型。然后，根据小信号模型推导其MIMO等效模型。基于GNSC，提出一种简化的三相交流级联系统的稳定性判据。其优点是可以将MIMO系统降阶为单输入-单输出(Single Input Single Output，SISO)来进行研究。可以利用直流级联系统的稳定性分析方法，分析三相交流级联系统的稳定性问题。为三相交流级联系统的稳定性分析提供了一种简洁、直观的方法。针对三相交流级联系统，提出了一种基于虚拟阻抗的输入阻抗调节策略。该方法对后级PWM整流器的输入阻抗进行调节，使得其与前级LC滤波器的输出阻抗满足本文提出的简化稳定性判据的要求，从而保证级联系统稳定工作。接着给出了负载输入阻抗调节器的设计实例，并通过仿真验证其有效性。最后，在一台20kW的三相交流级联系统原理样机上，通过实验验证了本文提出的简化稳定性判据的正确性和负载输入阻抗调节策略的有效性。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 DC DPS中级联稳定性问题的研究现状

1.3 AC DPS中级联稳定性问题的研究现状

1.4 本文的主要研究内容及意义

2 三相交流级联系统建模与控制

2.1 三相交流级联系统的基本结构

2.2 三相LC滤波器的小信号建模

2.3 三相VSR的小信号建模与控制

2.4 本章小结

3级联系统稳定性判据及系统稳定性的改善策略

3.1 三相交流级联系统的MIMO模型

3.2 三相交流级联系统稳定性判据的简化

3.3 基于虚拟阻抗的负载输入阻抗调节策略

3.4 设计实例及仿真验证

3.5 本章小结

4 实验验证

4.1 实验样机平台介绍

4.2 实验结果

4.3 本章小结

5 全文总结与工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文及参与研究的课题

发表论文

参与研究课题