發(fā)布時間：2018-01-11 17:16

  本文關(guān)鍵詞：直流分布式電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究　出處：《南京航空航天大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,人們對電源的性能提出了越來越高的要求。與早期的集中式電源系統(tǒng)(Centralized Power System,CPS)相比,直流分布式電源系統(tǒng)(DC Distributed Power System,DC DPS)具有系統(tǒng)架構(gòu)靈活、變換效率高、易于冗余供電等優(yōu)點,并已廣泛應(yīng)用于空間站、艦船、混合動力汽車、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、通訊電源和新能源發(fā)電等領(lǐng)域。然而,獨立工作穩(wěn)定的變換器組成DC DPS后,系統(tǒng)有可能不穩(wěn)定,因此本文系統(tǒng)研究DC DPS中的穩(wěn)定性問題。本文研究內(nèi)容主要包括三個部分。第一部分為第二章,研究高壓大功率場合下DC DPS中變換器的拓撲。在任何場合下,可靠、穩(wěn)定運行的變換器拓撲始終是DC DPS穩(wěn)定運行的保證。目前針對DC DPS中變換器的研究雖然很多,但對于高壓大功率場合下,DC DPS中直流變換器拓撲的研究卻比較少,因此本文第二章對該場合下常用的移相控制Boost型全橋變換器進行了改進,提出了一種更加高效、可靠的變換器拓撲,該拓撲在傳統(tǒng)的移相控制Boost型全橋變換器的變壓器原邊并聯(lián)了一個由兩個開關(guān)管和一個諧振電容組成輔助電路,可以實現(xiàn)所有主功率管的零電流開關(guān)(Zero Current-Switching,ZCS)和所有輔助管的零電壓開關(guān)(Zero Voltage-Switching,ZVS),并且主功率管不存在額外的電壓和電流應(yīng)力。另外,諧振電容的電壓隨著輸入電流自適應(yīng)變化:即當(dāng)輸入電流增加時,滯后管實現(xiàn)ZCS所需要的諧振能量增加,諧振電容的電壓增加;當(dāng)輸入電流減小時,滯后管實現(xiàn)ZCS所需要的諧振能量減小,諧振電容的電壓降低。因此,所提出的變換器在實現(xiàn)主功率管軟開關(guān)的同時,大大減小了變壓器副邊電流的占空比丟失,降低了軟開關(guān)諧振回路的導(dǎo)通損耗。最后設(shè)計了一臺輸入530V,輸出15k V,5k W的原理樣機,通過實驗驗證了所提變換器的上述優(yōu)點。第二部分為第三章,研究DC DPS穩(wěn)定性的通用的阻抗判據(jù)。DC DPS中除了常見的級聯(lián)形式以外,還有帶儲能的DC DPS和源變換器采用下垂控制的DC DPS等形式,現(xiàn)有的阻抗判據(jù)在判斷這些系統(tǒng)的穩(wěn)定性時往往比較困難和繁瑣。因此,為了解決上述問題,第三章不再以源變換器或負載變換器來區(qū)分DC DPS中的變換器,而是將其歸類為控制母線側(cè)端口電壓的變換器(Bus Voltage Controlled Converter,BVCC)和控制母線側(cè)端口電流的變換器(Bus Current Controlled Converter,BCCC)。這樣,各種結(jié)構(gòu)形式的DC DPS都可以用同一種形式的系統(tǒng)來表示。在此系統(tǒng)中,母線電壓和電流分別由BVCC和BCCC并聯(lián)控制�；谠撏ㄓ眯问�,本文利用二端口小信號模型,推導(dǎo)了DC DPS穩(wěn)定性的通用阻抗判據(jù),并研制了帶蓄電池的光伏供電系統(tǒng)和源變換器采用下垂控制的DC DPS的原理樣機,進行了實驗研究,實驗結(jié)果驗證了該判據(jù)的正確性。第三部包含第四章和第五章,研究DC DPS不穩(wěn)定問題的通用解決方案。第四章從調(diào)節(jié)源變換器輸出阻抗的角度出發(fā),提出了自適應(yīng)型有源電容變換器(Adaptive Active Capacitor Converter,AACC)的解決方案。該方案等效地在源變換器的輸出端增加了一個容值隨功率自適應(yīng)變化的輸出濾波電容,在全頻率范圍內(nèi)降低了源變換器輸出阻抗的幅值,避免了源變換器輸出阻抗和負載變換器輸入阻抗的幅值交截,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。而且,在任何負載下,AACC在源變換器的輸出端等效增加的輸出濾波電容容值都是保證系統(tǒng)穩(wěn)定的最小值,因此與在中間母線上并聯(lián)電解電容的方案相比,AACC方案優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)特性。以一個480W的級聯(lián)系統(tǒng)為例,實驗驗證了AACC方案的正確性。第五章從調(diào)節(jié)負載變換器輸入阻抗的角度出發(fā),針對負載變換器提出了一種基于虛擬阻抗的輸入阻抗調(diào)節(jié)策略。該策略等效的在負載變換器的輸入端并聯(lián)了一個虛擬阻抗,從而可以有效的調(diào)節(jié)負載變換器輸入阻抗的幅值和相位,保證級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。該章系統(tǒng)分析了所提出的虛擬阻抗的表達式,詳細討論了該虛擬阻抗的實現(xiàn)方法,并給出了輸入阻抗調(diào)節(jié)器的設(shè)計方案。研制了一個100W,由LC濾波器和48V-12V的Buck變換器組成的級聯(lián)系統(tǒng),進行了實驗研究,驗證了輸入阻抗調(diào)節(jié)策略的正確性。
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本文編號：1410465