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，并已廣泛應用于空間站、艦船、混合動力汽車、網(wǎng)絡服務器、通訊電源和新能源發(fā)電等領域。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

2、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

3、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(Zero–Current-Switching，ZCS)和所有輔助管的零電壓開關(Zero–Voltage-Switching，ZVS)，并且主功率管不存在額外的電壓和電流應力。另外，諧振電容的電壓隨著輸入電流自適應變化：即當輸入電流增加時，滯后管實現(xiàn)ZCS所需要的諧振能量增加，諧振電

4、容的電壓增加；當輸入電流減小時，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，降低了軟開關諧振回路的導通損耗。最后設計了一臺輸入530V，輸出15kV，5kW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

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 DP

6、S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

7、適應型有源電容變換器(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

8、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