多模块分散式串并联系统控制策略研究

发布时间：2020-11-22 00:44

　　 现如今电力电子技术蓬勃发展,越来越高的功率和电压等级需求应运而生,对电力电子器件的耐压等要求也越来越高,轨道交通直流供电系统就存在这样的问题。多模块输入串联输出并联(Series-input and Parallel-output,ISOP)所组成的双向DC/DC变换器系统作为这一问题的一种解决方案,非常适用于输入电压高、输出电流大、功率等级高的场合。为了保证系统稳定运行,实现其输入均压输出均流的控制是十分必要的问题。不仅如此,单个模块的拓扑结构也影响到系统的正常工作。本文从单个模块的参数要求出发,为了适应宽电压范围的输入输出,并综合考虑器件选型、成本及损耗,采用了一种两级拓扑组成的双向隔离DC/DC变换器。第一级为三电平双向Buck/Boost电路,起到稳定中间直流电压的作用;第二级为双向隔离DC/DC,能够实现隔离变换。并对其工作原理、调制及控制策略进行了研究,验证了该整体拓扑能够实现宽范围的电压输入并稳定输出。针对多模块的ISOP系统输入侧均压和输出侧均流的问题,考虑到系统在轨道交通直流母线辅助供电层面的应用背景,设计了一种模块级的改进下垂均压控制策略,以输入电压控制输出电感电流,可以在不切换底层控制策略的情况下,实现控制模式的改变。由于采用分散式控制,每个模块只采集自己的电压电流,可靠性更高。在此基础上还应用二次调节,从正向和反向分别实现输入均压和输出均流的控制,保障系统失电的时候也能正常工作。通过建立子模块拓扑的平均开关模型,并利用小信号分析法进行了参数的设计,根据根轨迹分布图分别分析了在给定参数下单个模块第一级和第二级拓扑的稳定性;对于整个系统,从串联的输入侧和并联的输出侧分别建立小信号模型,并推导等效阻抗模型及电压电流扰动的传递函数特征方程,在给定参数下分析了串联侧以及并联侧不同模块数量对等效阻抗的影响。得出了子模块的数目并不会影响系统的稳定且并联侧的电流扰动对根轨迹的分布影响较大的结论。针对以上控制策略,首先在Matlab/Simulink平台中搭建了仿真模型,验证其可行性;然后设计了单模块实验平台并进行验证;最后利用RT-LAB半实物平台实现了对ISOP系统的控制策略的实验验证。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

图２－４有源工况下ＩＳＯＰ系统拓扑图??Ｆｉｇ．２－４?Ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＩＳＯＰ?ｓｙｓｔｅｍ?ｗｉｔｈ?ａｃｔｉｖｅ?ｉｎｐｕｔ??，２－５，工

图２－６?ＩＳＯＰ系统控制结构图??Ｆｉｇ．２－６?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＩＳＯＰ?ｓｙｓｔｅｍ??

图２－５无源工况下ＩＳＯＰ系统结构图??Ｆｉｇ．２－５?Ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＩＳＯＰ?ｓｙｓｔｅｍ?ｗｉｔｈ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｉｎｐｕｔ??
【参考文献】

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本文编号：2893850