应用Filippov方法分析双向直流变换器稳定性
发布时间：2021-06-05 20:05
恒功率负载的负增量阻抗特性可能导致DC/DC变换器系统不稳定。这里采用Filippov方法对带恒功率负载的双向DC/DC变换器在峰值电流控制下的稳定性进行了分析。首先根据开关切换建立了双向DC/DC变换器在恒功率负载下的电池供电和充电连续模型,然后针对恒功率负载采用泰勒级数展开并采用Filippov方法构建了系统的跳跃矩阵和单值矩阵,利用Floquet理论分析了系统的稳定性。最后,选取参考电流和供电电压为分岔参数对系统在电池供电和电池充电模式下的行为进行了仿真和实验验证,通过分岔图、时域波形图和相轨图观察系统的非线性动力学现象。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２不同Ｉ时轨迹??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?１＾??１．５?２?２．５?３?３．５?４?４．５?５?５．５?６??／ｒｅｆ／Ａ??
ｄｅ??ＵＡ??Ｄ??１．２??１．１６８?２，－１．０５２?４??１．８??－０．８６１?７，１．０３１??２??０．９８４?４，?－０．７９９?１??４．４??０．１６３?８±０．３０５ｉ??３．２．２?化变化时系统的稳定性??取电路的主要参数乙。＝２２?ｊｊｌＨ，（：。＝９０?ｊｊｌＦ，４＝??２０评上＝２入，／＝２他。为分析电池供电模式下＂１１＞１??和充电模式下１变化时系统的稳定性，取ｆ／ｙ为??分岔参数，ｔ／ｌｌＵ在１２￣３１Ｖ范围变化内。两种模式??下的变化如图３所示。??＂ｂａ？／Ｖ??图３不同时￡：＿轨迹??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｕｉｍｔ??图３中的实线为供电模式下随变化??情况。从图中可以看出，当＾＞２０?Ｖ左右时，心??维持在１以下，此时系统处于稳定状态。图３中的??虚线为充电模式下￡？的变化轨迹，当％＞１８乂??时系统开始处于稳定状态。??在电池供电模式下，当的取值范围为１２￣??３２?Ｖ时，计算了?５个［＾的／）如表３所示。由表３??中Ｄ可知，在１２．５￣１９．５Ｖ的范围内，系统处??于稳定与不稳定的波动状态，当（＾＝１９．５?Ｖ时，Ｄ??为０．４５１?１和１．００７?２，此时系统有一个特征根在??单位圆外即系统处于不稳定状态；当［＾＝２０?Ｖ??时，￡＞为０．４４７?８和０．９９９?５，其中两个特征根都在??单位圆内，系统开始处于稳态多２０?Ｖ时，系统??开始一直处于稳定状态。同理，电池充电模式下，??当匕的取值范围为１２￣３２Ｖ时，计算了?４个供??电电压｛／＆的Ｚ）如表４所示。当％＝１６?Ｖ时，Ｄ为??９９
“在１￣??１０?Ａ范围内变化。从图４中可以看到，当／ｙｌ？?Ａ??时，系统处于稳态；／＞＾＝４．７?Ａ时，系统由稳定的周??期一状态过渡到不稳定的状态，当心＝５?Ａ时，系统??由稳态开始产生倍周期分岔；当４ｆ＞８?Ａ时，系统处??于混沌状态。仿真结果基本与用Ｆｉｌｉｐｐｏｖ方法分??析的结果吻合。??１２｜???１０－?乂??／ｒｅｆ／Ａ??图４不同４时＆分岔图??Ｆｉｇ．?４?ｉＬ?ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?１＾??图５是对匕在１２￣３１?Ｖ范围内，采用Ｍａｔｌａｂ??对系统１进行仿真的结果。可见，当＾＜２０?Ｖ时，??系统处于混沌状态，当＾在２０￣２２?Ｖ范围内时，??系统由混沌过渡到倍周期分岔的不稳定状态，当??１００??时，系统处于周期一的稳态。此外在??１３?Ｖ附近和为１５￣１８?Ｖ时有一个小范围的稳??态，仿真结果基本上与Ｆｉｌｉｐｐｏｖ理论分析结果吻合。??２．２１???０．８?－??°＇１〇?１５?２０?２５?３０?３５??ｔ／ｂａｔ／Ｖ??图５不同‘时匕分岔图??Ｆｉｇ．?５?ｉＬ?ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??４．２?实验验证??实验电路参数与仿真电路相同。实验电路采??用两级变换器串联，其中前级变换器为双向变换??器，后级为Ｂｕｃｋ变换器，作为前级变换器的恒功??率负载，后级变换器接一个２０?０的阻性负载。后??级变换器的输入电压为１０￣６４Ｖ，输出电压为５￣??６０?Ｖ，最大输出电流和输出功率分别为５?Ａ和??２４０?Ｗ。电池供电模式下选取Ｉ分别为１４?Ｖ和??２４
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车双向DC-DC变换器约束模型预测控制研究[J]. 肖智明,陈启宏,张立炎. 电工技术学报. 2018(S2)
[2]含恒功率负载的直流微网大信号稳定性分析[J]. 滕昌鹏,王玉斌,周博恺,王璠,张丰一. 电工技术学报. 2019(05)
[3]带恒功率负载DC-DC变换器的Lyapunov指数计算和动力学特性分析[J]. 黄良玉,陆益民. 电工技术学报. 2017(24)
本文编号：3212819
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２不同Ｉ时轨迹??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?１＾??１．５?２?２．５?３?３．５?４?４．５?５?５．５?６??／ｒｅｆ／Ａ??
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“在１￣??１０?Ａ范围内变化。从图４中可以看到，当／ｙｌ？?Ａ??时，系统处于稳态；／＞＾＝４．７?Ａ时，系统由稳定的周??期一状态过渡到不稳定的状态，当心＝５?Ａ时，系统??由稳态开始产生倍周期分岔；当４ｆ＞８?Ａ时，系统处??于混沌状态。仿真结果基本与用Ｆｉｌｉｐｐｏｖ方法分??析的结果吻合。??１２｜???１０－?乂??／ｒｅｆ／Ａ??图４不同４时＆分岔图??Ｆｉｇ．?４?ｉＬ?ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?１＾??图５是对匕在１２￣３１?Ｖ范围内，采用Ｍａｔｌａｂ??对系统１进行仿真的结果。可见，当＾＜２０?Ｖ时，??系统处于混沌状态，当＾在２０￣２２?Ｖ范围内时，??系统由混沌过渡到倍周期分岔的不稳定状态，当??１００??时，系统处于周期一的稳态。此外在??１３?Ｖ附近和为１５￣１８?Ｖ时有一个小范围的稳??态，仿真结果基本上与Ｆｉｌｉｐｐｏｖ理论分析结果吻合。??２．２１???０．８?－??°＇１〇?１５?２０?２５?３０?３５??ｔ／ｂａｔ／Ｖ??图５不同‘时匕分岔图??Ｆｉｇ．?５?ｉＬ?ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??４．２?实验验证??实验电路参数与仿真电路相同。实验电路采??用两级变换器串联，其中前级变换器为双向变换??器，后级为Ｂｕｃｋ变换器，作为前级变换器的恒功??率负载，后级变换器接一个２０?０的阻性负载。后??级变换器的输入电压为１０￣６４Ｖ，输出电压为５￣??６０?Ｖ，最大输出电流和输出功率分别为５?Ａ和??２４０?Ｗ。电池供电模式下选取Ｉ分别为１４?Ｖ和??２４
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车双向DC-DC变换器约束模型预测控制研究[J]. 肖智明,陈启宏,张立炎. 电工技术学报. 2018(S2)
[2]含恒功率负载的直流微网大信号稳定性分析[J]. 滕昌鹏,王玉斌,周博恺,王璠,张丰一. 电工技术学报. 2019(05)
[3]带恒功率负载DC-DC变换器的Lyapunov指数计算和动力学特性分析[J]. 黄良玉,陆益民. 电工技术学报. 2017(24)
本文编号：3212819
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