電流控制型DC-DC級聯(lián)系統(tǒng)大信號穩(wěn)定性關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)和新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，直流分布式電源系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢受到學術(shù)界的熱切關(guān)注，并廣泛應用于電動汽車、計算機系統(tǒng)、醫(yī)療電子設備以及電信行業(yè)等領(lǐng)域。在帶來諸多好處的同時，龐大的規(guī)模及復雜的結(jié)構(gòu)不僅使系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題凸顯，還給穩(wěn)定性設計帶來了很大的難度，若想將其作為整體進行穩(wěn)定性分析幾乎不可能。針對這一重要學術(shù)難題，國內(nèi)外學術(shù)界從直流分布式電源系統(tǒng)最基本的連接形式——級聯(lián)系統(tǒng)入手，基于小信號分析方法取得了一定的理論成果，但僅限

2、于對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點附近的穩(wěn)定性情況進行研究，不適用于大信號擾動的情況。因此，為全面分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，深入理解和改善系統(tǒng)在大信號擾動下的運行情況，提高系統(tǒng)的可靠性，極有必要從大信號角度出發(fā)，結(jié)合非線性理論建立相應的研究方法對級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析。本文從大信號的研究角度出發(fā)，結(jié)合回轉(zhuǎn)器理論和相關(guān)的非線性研究方法對DC-DC級聯(lián)系統(tǒng)大信號穩(wěn)定性問題進行了深入探討，主要包含以下內(nèi)容:
　　在對現(xiàn)有大信號模型進行對比研究的基礎上，本文基于

3、回轉(zhuǎn)器理論為電流模式控制型DC-DC變流器建立了統(tǒng)一的大信號模型。該模型克服了現(xiàn)有大信號模型復雜、難以應用于理論分析的缺點，實現(xiàn)了降階，輸入-輸出表達式簡單，且僅采用單環(huán)反饋即可實現(xiàn)電流模式控制的功能，為后續(xù)理論分析提供了便利。由于回轉(zhuǎn)器理論的基礎是能量守恒定律，故該模型具有普適性，僅需修改一個參數(shù)的數(shù)值即可實現(xiàn)對不同拓撲交流器的建模分析。在較好地反映原變流器大信號特性的同時，該模型還能夠正確反映系統(tǒng)在平衡點附近的小信號特性。模型的簡便

4、性、普適性、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性和完備性為理論分析系統(tǒng)穩(wěn)定性奠定了良好的基礎，也為解析形式大信號穩(wěn)定性判據(jù)的提出提供了可能。
　　在DC-DC級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方面，本文采用李雅普諾夫線性化方法及混合勢函數(shù)理論分別對級聯(lián)系統(tǒng)的小信號和大信號穩(wěn)定性進行了探討。出于簡化分析的目的，采用回轉(zhuǎn)器統(tǒng)一大信號模型和恒功率負載分別對系統(tǒng)中的源、負載變流器進行替代?；谠摵喕壜?lián)系統(tǒng)及李雅普諾夫線性化方法，本文提出了解析形式的小信號穩(wěn)定性判據(jù)。該判據(jù)僅需較

5、少的參數(shù)即可對穩(wěn)定性情況進行判斷，避免了復雜的阻抗計算過程。同時，本文基于混合勢函數(shù)理論得到了級聯(lián)系統(tǒng)在大信號擾動下保持穩(wěn)定運行所需滿足的充分條件，即解析形式的大信號穩(wěn)定性判據(jù)。由于分析時基于相同的簡化系統(tǒng)模型，故可將大、小信號判據(jù)合二為一，得到了級聯(lián)系統(tǒng)的統(tǒng)一穩(wěn)定性判據(jù)。當該判據(jù)成立時，系統(tǒng)在大、小信號擾動下均能穩(wěn)定運行，從而使設計過程得以簡化。同時，本文對負載變流器響應速度較慢、不具備等效為恒功率負載條件的級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性也進行了研究

6、，并得到了相似的結(jié)論。為方便應用，仍可采用上述統(tǒng)一穩(wěn)定性判據(jù)對該類級聯(lián)系統(tǒng)進行分析。
　　本文第四章將提出的回轉(zhuǎn)器統(tǒng)一大信號模型和級聯(lián)系統(tǒng)大信號穩(wěn)定性理論研究成果應用于直流母線補償技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種直流母線電壓補償控制策略。該策略從大信號的研究角度出發(fā)，根據(jù)級聯(lián)系統(tǒng)的具體情況對其進行補償。且該策略由混合勢函數(shù)理論的穩(wěn)定性定理推導得出，從理論上保證了加入補償裝置后整個系統(tǒng)在大信號擾動下的穩(wěn)定性。此外，該控制策略還具有一定的普適性，