【摘要】：隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,高壓直流電源如今廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。其中不乏以低壓直流輸入要求高壓直流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合,并且整個(gè)變換器的功率等級(jí)、輸出精度、功率密度等需求也正在逐步提高,傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找孢M(jìn)步的需求。利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)研制的開關(guān)電源成為了取代傳統(tǒng)線性電源、滿足人們應(yīng)用要求的解決方案,其中多模塊組合式直流變換技術(shù)是開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)之一。多模塊組串并聯(lián)組合而成的直流變換器適用于高壓大功率變換場(chǎng)合,其中輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(Input-Parallel-Output-Series,IPOS)組合直流變換器尤其適用于高功率輸入、高電壓輸出場(chǎng)合。實(shí)現(xiàn)輸入均流和輸出均壓是該組合變換器正常工作的關(guān)鍵,故本文的研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)以全橋(Full Bridge,FB)直流變換器為子模塊,對(duì)輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)組合直流變換器(IPOS-DC/DC)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。闡述了全橋直流變換器的工作原理并分析了變壓器漏感對(duì)全橋直流變換器的影響,然后建立了全橋直流變換器的小信號(hào)模型。在此基礎(chǔ)上,建立IPOS-DC/DC整體小信號(hào)模型,并采用擾動(dòng)分析法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析,推導(dǎo)出各個(gè)擾動(dòng)變量之間的傳遞函數(shù)關(guān)系,為后續(xù)研究工作奠定基礎(chǔ)。(2)對(duì)比輸入均流和輸出均壓控制策略,揭示輸入均流控制策略功率均分效果不佳的原因,對(duì)IPOS-DC/DC輸出均壓控制策略進(jìn)行理論研究和仿真設(shè)計(jì)。考慮到IPOS-DC/DC變換器是個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合型系統(tǒng),傳統(tǒng)線性控制方法難以對(duì)其實(shí)現(xiàn)精確控制,故本文對(duì)輸出電壓控制器采用了非線性的設(shè)計(jì)策略,并且證明了IPOS-DC/DC輸出電壓控制器是Lyapunov穩(wěn)定的。并針對(duì)該控制方法進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析。仿真結(jié)果表明研究的控制方法能實(shí)現(xiàn)變換器穩(wěn)定輸出,在外界擾動(dòng)情況下保持良好的動(dòng)態(tài)性能。(3)設(shè)計(jì)了一個(gè)10kV/200kW的IPOS組合變換器工程樣機(jī),詳細(xì)討論了主電路參數(shù)選取原則和步驟,然后按照這個(gè)設(shè)計(jì)的參數(shù)搭建一個(gè)5模塊IPOS組合變換器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該樣機(jī)的控制系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文研究成果的有效性及正確性。
【圖文】：

了眾多挑戰(zhàn)［７＿８］，目前一般通過變換器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新來模塊來代替單個(gè)高壓變換器，這樣可以克服半導(dǎo)體電錯(cuò)率。其中，模塊化多電平直流變換器（Ｍｏｄｕｌａｒ邋Ｍｕ串并聯(lián)組合式直流變換器吸引了世界各地工程師和學(xué)流變換器在直流輸電領(lǐng)域的工程應(yīng)用［９］。其中ＭＭＣ模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，相比于傳統(tǒng)兩電平電壓源型變換器，，并且ＭＭＣ輸出電壓波形是一系列間隔的階梯狀電望輸出波形。因此它具有輸出電壓質(zhì)量高，子模塊等些優(yōu)點(diǎn)令ＭＭＣ非常適用于高壓大功率ＤＣ／ＤＣ變換變換器模塊串并聯(lián)組合系統(tǒng)也獲得了大量的研宄［］Ｇ］。后可以針對(duì)性的應(yīng)用于不同需求的場(chǎng)合，加速了邋ＤＣ／了研發(fā)成本，減小了大功率變換器的研發(fā)難度。下面然后針對(duì)低壓大電流輸入高壓輸出的應(yīng)用場(chǎng)合做出拓電平ＤＣ／ＤＣ變換器逡逑

＾＾＾＾＝＾＝＝＝＝＝＝＾＝＝逡逑三相模塊化多電平（ＭＭＣ）電路拓?fù)淙鐖D１．１所示，該結(jié)構(gòu)是德國學(xué)者Ａ．邋Ｌｅｓｎｉｃａｒ逡逑ａｎｄ邋Ｒ．邋Ｍａｒｑｕａｒｄｔ于２００３年提出，其中的每個(gè)子模塊（Ｓｕｂ－ｍｏｄｕｌｅ，邋ＳＭ）可以是半橋結(jié)構(gòu)逡逑也可以是全橋結(jié)構(gòu)，每相的上下橋臂由Ｎ個(gè)子模塊和橋臂電感串聯(lián)構(gòu)成，兩個(gè)橋臂電感逡逑的連接點(diǎn)構(gòu)成對(duì)應(yīng)相的交流輸出端。與Ｈ橋級(jí)聯(lián)多電平拓?fù)湎啾龋停停么嬖诠驳闹卞义狭髂妇�，同時(shí)ＭＭＣ具有高度模塊化的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，，使得ＭＭＣ成為高壓大功率直流變換逡逑中的熱門拓?fù)洌郏保祝常�。逡逑ＭＭＣ結(jié)構(gòu)中，由于子模塊電容是懸浮的，且數(shù)量隨著電壓等級(jí)的增加而增加，所逡逑以級(jí)聯(lián)子模塊直流側(cè)電容電壓一致成了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作的前提，然而保障子模塊直流側(cè)逡逑電壓一致性是該結(jié)構(gòu)的控制技術(shù)難點(diǎn)之一。同時(shí)，由于ＭＭＣ的三相是并聯(lián)在直流母線逡逑上
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46

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本文編號(hào)：2615854