直流分布式電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電源的性能提出了越來(lái)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(diǎn)，并已廣泛應(yīng)用于空間站、艦船、混合動(dòng)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(dú)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

2、本文系統(tǒng)研究DC DPS中的穩(wěn)定性問(wèn)題。
　　本文研究?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)部分。
　　第一部分為第二章，研究高壓大功率場(chǎng)合下DC DPS中變換器的拓?fù)?。在任何?chǎng)合下，可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的變換器拓?fù)涫冀K是DC DPS穩(wěn)定運(yùn)行的保證。目前針對(duì)DC DPS中變換器的研究雖然很多，但對(duì)于高壓大功率場(chǎng)合下，DC DPS中直流變換器拓?fù)涞难芯繀s比較少，因此本文第二章對(duì)該場(chǎng)合下常用的移相控制Boost型全橋變換器進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種更加高效、可

3、靠的變換器拓?fù)?，該拓?fù)湓趥鹘y(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(gè)由兩個(gè)開(kāi)關(guān)管和一個(gè)諧振電容組成輔助電路，可以實(shí)現(xiàn)所有主功率管的零電流開(kāi)關(guān)(Zero–Current-Switching，ZCS)和所有輔助管的零電壓開(kāi)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(shí)，滯后管實(shí)現(xiàn)ZCS所需要的諧振能量增加，諧振電

4、容的電壓增加；當(dāng)輸入電流減小時(shí)，滯后管實(shí)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(shí)現(xiàn)主功率管軟開(kāi)關(guān)的同時(shí)，大大減小了變壓器副邊電流的占空比丟失，降低了軟開(kāi)關(guān)諧振回路的導(dǎo)通損耗。最后設(shè)計(jì)了一臺(tái)輸入530V，輸出15kV，5kW的原理樣機(jī)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提變換器的上述優(yōu)點(diǎn)。
　　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(jiàn)的級(jí)聯(lián)形式以外，還有帶儲(chǔ)能的DC DPS和源

5、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(shí)往往比較困難和繁瑣。因此，為了解決上述問(wèn)題，第三章不再以源變換器或負(fù)載變換器來(lái)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 DP

6、S都可以用同一種形式的系統(tǒng)來(lái)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眯问剑疚睦枚丝谛⌒盘?hào)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(jī)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(wèn)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

7、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(gè)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(fù)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(fù)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

8、的方案相比，AACC方案優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。以一個(gè)480W的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)為例，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了AACC方案的正確性。
　　第五章從調(diào)節(jié)負(fù)載變換器輸入阻抗的角度出發(fā)，針對(duì)負(fù)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(fù)載變換器的輸入端并聯(lián)了一個(gè)虛擬阻抗，從而可以有效的調(diào)節(jié)負(fù)載變換器輸入阻抗的幅值和相位，保證級(jí)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(dá)式，詳細(xì)討論了該虛擬阻抗的實(shí)現(xiàn)方法，并給出了輸入阻抗調(diào)節(jié)器的設(shè)