输入串联输出串联直流变换器控制策略研究

摘要

近年来，标准模块的串并联技术受到越来越多的研究与应用。标准化模块的串并联包括以下四种:(1)输入并联输出并联系统;(2)输入并联输出串联系统;(3)输入串联输出并联系统;(4)输入串联输出串联系统。以上四种结构的标准模块可以由逆变器、整流器、变频器以及直流变换器构成，标准模块的串并联不仅降低功率器件电气应力，更提高系统冗余性与可靠性。随着新能源大量的开发与利用，DC-DC变换器在风力发电、太阳能光伏发电、电动汽车等新能源的应用越来越多。其中输入串联输出串联直流变换器系统适用于输入电压、输出电压较高的场合，特别在直流电网中，通过ISOS直流变换器提高电压从而达到相应的电压等级。
　　本文分析隔离式DC-DC变换器拓扑结构与控制方式，选定子模块为移相全桥变换器，子模块输入端、输出端串联构成ISOS直流变换器，分析其变换器的工作模态、性能特点并对系统进行小信号建模。通过研究ISOS直流变换器输入电流、电压与输出电流、电压的关系，由此可知控制输入电压均分或者输出电压均分都可以保证系统正常工作，从输入电压或输出电压的变量调整作为突破口，设计ISOS系统的控制策略，分析系统中各模块器件参数不匹配的情况下对输入输出均压的影响，对接下来的控制策略设计提供理论基础。
　　本文采用一种新型下垂线性控制策略，其控制方法为采样各模块自身的输入电压与系统的输出电压，使各模块的系统输出电压呈下垂线性调节特性，通过各模块输入电压与给定信号和系统输出电压叠加的信号误差经采样、运放、比对等最终调节其占空比改变输入电压，从而达到调节输入输出均压的效果。此控制策略使各个模块有独立的控制电路且之间无任何联系，真正实现了系统各模块独立工作及模块化设计，提高系统冗余性、可靠性以及可扩展性。根据控制策略框图分析其控制策略的稳定性，通过绘制根轨迹图来确定PI调节器取值范围，从而验证下垂控制策略的稳定性与有效正确性。在MATLAB平台上搭建以以ISOS移相全桥直流变换器为核心的仿真模型，并采用下垂线性控制策略来进行仿真，验证其控制策略的有效正确性;当系统各模块器件参数不匹配的情况下，仿真验证在此工作状态下控制策略对于输入输出均压调整精度影响，进一步验证下垂线性控制策略的稳定性与可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电力电子技术发展现状和趋势

1．2 电力电子系统集成

1．3 多变换器模块串并联组合系统

1．3．1 输入并联输出并联直流变换器系统

1．3．2 输入并联输出串联直流变换器系统

1．3．3 输入串联输出并联直流变换器系统

1．3．4 输入串联输出串联直流变换器系统

1．4 直流变换器应用前景

1．5 课题的研究背景与研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题的研究背景

1．5．3 课题的研究内容

第2章 ISOS直流变换器拓扑结构及工作原理

2．1 引言

2．2 隔离式DC-DC变换器电路拓扑汇总及比较

2．3 ISOS直流变换器拓扑结构及工作模态分析

2．3．1 全桥变换器的控制方式

2．3．2 ISOS直流变换器拓扑结构

2．3．3 ISOS直流变换器工作模态分析

2．4 ISOS直流变换器系统建模

2．5 本章小节

第3章 ISOS直流变换器输入输出均压研究

3．1 引言

3．2 ISOS系统输入输出均压的关系

3．3 ISOS直流变换器系统稳定性分析

3．3．1 输入均压控制策略

3．3．2 输出均压控制策略

3．4 器件参数对输入输出均压的影响

3．4．1 输入电容对输入输出均压的影响

3．4．2 输出电容对输入输出均压的影响

3．4．3 滤波电感对输入输出均压的影响

3．4．4 开关频率与变压器漏感对输入输出均压的影响

3．5 本章小节

第4章 ISOS直流变换器控制策略研究

4．1 引言

4．2 ISOS直流变换器控制策略

4．2．1 ISOS直流变换器通用控制策略

4．2．2 输出电压下垂特性控制策略

4．2．3 ISOS直流变换器下垂系数特性

4．3 控制策略稳定性分析

4．4 本章小结

第5章 仿真验证

5．1 引言

5．2 ISOS直流变换器无均压控制策略

5．3 ISOS直流变换器下垂特性控制策略

5．4 系统各子模块参数不一致情形

5．4．1 子模块输入电容参数不一致情形

5．4．2 子模块输出电容参数不一致情形

5．4．3 子模块滤波参数不一致情形

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所取得的知识产权

附录B 攻读学位期间参加的科研项目