直流變換器級聯繫統穩定性研究

《直流變換器級聯繫統穩定性研究》是依託南京航空航天大學，由阮新波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：直流變換器級聯繫統穩定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：阮新波
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

分散式電源系統具有系統架構靈活、變換效率高、易於冗餘和余度供電等優點，已廣泛套用於空間站、飛機、網路伺服器、通訊電源和新能源發電等領域。變換器的級聯是分散式電源系統中的典型連線方式之一，本項目將系統研究直流變換器級聯繫統的穩定性問題。針對不同工作模式下（源變換器為恆壓輸出、恆流輸出、輸入功率控制工作模式）直流變換器級聯繫統，提出相應的穩定性判據，並揭示其相互關係；提出能夠反映不同PWM調製方式(前沿調製、後沿調製、雙沿調製)對直流變換器特性影響的小信號模型，並推導出不同工作模式下直流變換器的輸入輸出阻抗表達式，分析不同PWM調製方式對輸入輸出阻抗特性的影響；基於所提出的穩定性判據和所推導的輸入輸出阻抗，提出解決級聯繫統穩定性問題的方法，包括引入輸入輸出阻抗調節環路和阻抗適配器。本項目的研究將為分散式直流電源系統的進一步發展提供重要的理論和工程套用基礎。

結題摘要

分散式電源系統具有系統架構靈活、變換效率高、易於冗餘等優點，已廣泛套用於空間站、網路伺服器、通訊電源和新能源發電等場合。變換器的級聯是分散式電源系統中的典型連線方式之一，本項目系統開展了直流變換器級聯繫統穩定性研究。 本項目提出將所有變換器歸類為控制母線電壓變換器(BVCC)和控制母線電流變換器(BCCC)，從而將各種直流分散式發電系統統一為一個通用形式，並推導出判斷其穩定性的通用阻抗判據，即所有BVCC的母線側連線埠阻抗並聯值和所有BCCC的母線側連線埠阻抗並聯值之比應滿足奈奎斯特判據。為得到連線埠阻抗的準確表達式，建立了具有工程套用價值的直流變換器離散小信號模型，分析了不同PWM調製方式（前沿調製和後沿調製）下三類基本直流變換器的輸入輸出阻抗特性。 基於所提出的通用阻抗判據，提出了直流變換器級聯繫統穩定性問題的解決方法。針對負載變換器，提出了輸入阻抗調節策略，它相當於在負載變換器輸入側並聯一個虛擬阻抗，以調節其輸入阻抗的幅值和相位；針對源變換器，提出了自適應型有源電容變換器，將其並聯於源變換器的輸出端，等效在其輸出側並聯了一個容值隨功率自適應變化的電容，在全頻段內避免了源變換器輸出阻抗與負載變換器輸入阻抗的幅值交截。針對負載變換器輸入電流是脈動的情況，提出了一種修正源變換器PWM調製器傳遞函式的方法，有效提高了級聯繫統穩定性。 本項目揭示了調製波擾動測試法和脈寬擾動測試法兩種直流變換器環路增益測試方法的相互關係，並提出了與脈寬擾動測試法等效且電路實現更為簡單的兩種測試方法。針對數字控制直流變換器，提出了其統一多頻率數學模型，揭示了不同PWM調製方式對其特性的影響。針對交流級聯繫統，提出了一種簡化的廣義奈奎斯特穩定性判據，從而可套用直流級聯繫統穩定性判據來分析其穩定性問題，並提出了一種負載變換器輸入阻抗調節方法，提高了系統穩定性。 本項目成果可為判定直流分散式電源系統的穩定性和解決其穩定性問題提供重要理論基礎，研究思路可被交流分散式電源系統的穩定性研究所借鑑。