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《南京航空航天大学》 2010年
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分布式电源系统中非线性子系统相互作用研究

王建华  
【摘要】:目前工业应用中广泛采用分布式电源系统,电力电子电路非线性特性将导致系统内部复杂的相互作用,诱发不稳定现象、电能质量及其他系统级问题。为确保分布式电源系统集成后可靠工作,电源系统内部非线性子系统相互作用理论及其相关技术研究已成为一个重要的研究方向。本文着重对相互作用问题中直直变换器输入、输出阻抗标准化设计,两端口网络模型端口特性及其应用和子系统/系统级建模仿真方法及其应用三方面内容展开研究。 论文首先回顾了相互作用问题的研究历史,介绍了目前该问题的研究热点及最新进展,并结合实际应用中的典型问题及挑战进行归纳、总结。然后引入变换器两端口网络模型作为系统分析工具,其不仅是目前阻抗分析方法的理论推广,而且可以用来分析、集成复杂系统。 论文研究了如何获取变换器两端口网络模型的方法,提出覆盖CCM、DCM、FCCM模式PWM Switch统一平均模型,为全文理论分析及应用奠定基础。 论文进而从控制环路外环截止频率及相位裕度角度,全面研究了电压控制型及平均电流控制Buck直直变换器电感电流连续及断续情形下输入、输出阻抗特性。并在考虑实际变换器输入电容基础上,探讨了变换器阻抗标准化设计。 论文同时基于变换器两端口网络模型,展开相应理论分析及应用研究。提出一种基于交错输出阻抗的方法,用于评估峰值电流控制带磁放大器后级调整多路输出直直变换器磁放大器控制环路对主回路的影响,并从输出阻抗的角度提出两种解决方案。基于平均电流控制Boost有源功率因数校正整流器输入导纳模型,研究并消除了宽变频(360-800Hz)输入过零畸变问题。基于电流反向增益传递函数Ai(s),提出一种新的分析方法,并利用该方法评估了不同控制方式对两级式单相逆变器中直直变换器低频输入电流的影响,指出平均电流控制能够有效抑制两级式逆变器低频输入电流纹波。除此以外,归纳出在中间母线环节加入LC调谐滤波器的方法,将低频脉动电流箝位在中间母线环节,避免脉动电流向前级传递;另从控制的角度,提出一种基于有源带阻滤波器解决方案。最终实现两级式逆变器恒功率工作。 论文最后针对航空二次电源系统,基于PWM Switch统一平均模型分别建立了不隔离Buck直直变换器、Buck/Boost双向直直变换器等子系统模型。指出Buck/Boost双向直直变换器本质上与同步整流Buck变换器一致,仅控制Buck模式主控管即可实现功率双向流动,主功率级零极点位置变化揭示了该变换器不同工作模式之间转化,并给出其环路设计方法。最终建立一系统级模型,系统级仿真分析验证了该建模方法及前文相互作用理论分析的可行性。 丰富、详实的仿真及实验结果验证了论文理论研究的正确性。本文工作为分布式电源系统的设计及优化提供了理论和技术基础。
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