多變換器模塊串并聯(lián)組合系統(tǒng)研究.pdf

1、將多個標準化的電力電子變換器模塊在輸入和輸出側(cè)分別串聯(lián)或并聯(lián),可以得到多變換器模塊串并聯(lián)組合系統(tǒng),它可以降低系統(tǒng)的開發(fā)難度、降低開發(fā)成本、縮短研發(fā)周期、提高系統(tǒng)可靠性等。本文將系統(tǒng)研究分別以DC/DC變換器和DC/AC逆變器為基本模塊組成的多變換器模塊串并聯(lián)組合系統(tǒng)。
　　 本文研究內(nèi)容主要包括三個部分。
　　 第一部分包括第二章和第三章,研究全橋交換器的改進電路拓撲。采用移相控制方法,全橋交換器可以實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開

2、關(guān),并且開關(guān)頻率恒定,有利于優(yōu)化設(shè)計變壓器和濾波器,因此特別適合作為DC/DC變換器串并聯(lián)組合系統(tǒng)的基本模塊。為了消除輸出整流二極管的電壓尖峰,可以在全橋變換器的原邊引入兩只箝位二極管。但箝位二極管導通時,諧振電感被短路,其電流保持不變,導致原邊導通損耗較大。為了解決此問題,第二章在全橋變換器的變壓器中增加一個復位繞組,與諧振電感串聯(lián),從而使箝位二極管的電流快速減小到零,降低了原邊導通損耗,提高了變換效率。但當負載較輕時,復位繞組無法使

3、箝位二極管電流快速減小到零,造成箝位二極管的硬關(guān)斷,產(chǎn)生較大的反向恢復損耗。為此,第三章進一步提出加輔助變壓器的全橋變換器,通過增加的輔助變壓器,可以使箝位二極管電流在任意負載下都能快速減小到零,從而降低原邊的導通損耗和避免箝位二極管的硬關(guān)斷,提高變換器的可靠性。
　　 第二部分包括第四章和第五章,研究以DC/DC直流交換器為基本模塊的串并聯(lián)組合系統(tǒng)控制策略。根據(jù)聯(lián)結(jié)方式不同,多變換器串并聯(lián)組合系統(tǒng)可以分為四種基本類型,即輸入并

4、聯(lián)輸出并聯(lián)(Input-paralleloutput-parallel,IPOF)、輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(Input-paralleloutpult-series,IPOS)、輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(Input-seriesoutput-parallel,ISOP)和輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(Input-sedesoutput-Series,ISOS)。對于DC/DC變換器串并聯(lián)組合系統(tǒng),已有的文獻都只涉及這四類系統(tǒng)中的某一類或者兩類,沒有分析四類系統(tǒng)之

5、間的內(nèi)在聯(lián)系。第四章從輸入輸出功率平衡的角度,系統(tǒng)分析DC/DC變換器串并聯(lián)組合系統(tǒng)中各模塊的輸入均壓,均流與輸出均壓胸流的關(guān)系,指出如果保證輸入均壓/均流,則可自然實現(xiàn)輸出均壓胸流；反之,如果保證輸出均壓/均流,則自然實現(xiàn)輸入均壓/均流。進一步的分析表明,輸入側(cè)并聯(lián)的組合系統(tǒng)既可以采用輸入均流控制,也可以采用輸出均流(IPOP系統(tǒng))或者輸出均壓(IPOS系統(tǒng))控制；而對于輸入側(cè)串聯(lián)的組合系統(tǒng),采用輸出均流控制時系統(tǒng)不穩(wěn)定,只能采用輸入

6、均壓控制。在此基礎(chǔ)上,提出一種適用于四類串并聯(lián)組合系統(tǒng)的通用控制策略,它不但可以實現(xiàn)系統(tǒng)中各模塊的輸入均壓,均流或者輸出均壓債7流,而且還實現(xiàn)了輸入均壓/均流或者輸出均壓,均流控制與系統(tǒng)輸出電壓控制的解耦。進一步地,提出模塊化的多變換器串并聯(lián)組合結(jié)構(gòu),其特點是單個變換器模塊均可以獨立工作,在組成系統(tǒng)時,只需通過相應母線就可實現(xiàn)各模塊的均壓/均流。
　　 對于ISOPDC/DC串并聯(lián)組合系統(tǒng),第五章從變換器模塊輸入阻抗這一角度,揭

7、示了采用輸出均流控制不穩(wěn)定的原因,指出各模塊輸入阻抗為負阻特性是系統(tǒng)不穩(wěn)定的根本原因。為保證ISOPDC/DC系統(tǒng)穩(wěn)定,本文提出“正阻”的概念。并由此推導出三環(huán)控制策略以及保證系統(tǒng)穩(wěn)定的輸入均壓環(huán)最低增益。
　　 第三部分第六章和第七章,研究以DC/AC逆變器為基本模塊的串并聯(lián)組合系統(tǒng)控制策略。對于DC/AC逆變器串并聯(lián)組合系統(tǒng),已有文獻都只涉及四類串并聯(lián)組合系統(tǒng)中的某一類。第六章從輸入輸出功率平衡角度,分析各模塊的輸入均壓/均

8、流與輸出均壓/均流的關(guān)系,指出若控制各逆變器模塊的輸入均壓/均流,只能保證各逆變器模塊的輸出有功功率相等,而無功功率未必相等；如保證各逆變器模塊的輸出均壓,均流,則可自然實現(xiàn)各逆變器模塊的輸入均壓/均流,但對于輸入串聯(lián)型組合系統(tǒng)(包括ISOP和ISOS系統(tǒng))來說是不穩(wěn)定的。因此,輸入并聯(lián)型逆變器組合系統(tǒng)(包括IPOP和IPOS系統(tǒng)),既可以采用輸出均壓,均流控制策略,也可以采用組合式輸入均流控制策略,但后者實現(xiàn)起來較為復雜；對于輸入串聯(lián)

9、型逆變器組合系統(tǒng)(包括ISOP和ISOS系統(tǒng)),只能采用組合式輸入均壓控制策略,即在控制各逆變器模塊輸入均壓基礎(chǔ)上,還需要保證各逆變器模塊輸出電流(ISOP系統(tǒng))或者輸出電壓(ISOS系統(tǒng))的幅值或相位相同。
　　 基于上述結(jié)論,第七章針對ISOP逆變器組合系統(tǒng),提出一種采用輸出電流反饋的控制策略。無論各逆變器模塊的輸出濾波電容是否匹配,該控制策略都可以很好地實現(xiàn)輸出均流。同時,該控制策略還實現(xiàn)了輸入均壓閉環(huán)與系統(tǒng)輸出電壓閉環(huán)的