開(kāi)關(guān)電容型交錯(cuò)并聯(lián)變流拓?fù)渑c逆變并聯(lián)控制技術(shù)研究.pdf

1、電力電子技術(shù)是21世紀(jì)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電力電子系統(tǒng)性能與可靠性要求等愈來(lái)愈高。高頻化、模塊化的電源產(chǎn)品由于其體積小、污染小以及易于維護(hù)與擴(kuò)容，已成為目前的發(fā)展趨勢(shì)。并聯(lián)技術(shù)與交錯(cuò)控制技術(shù)的產(chǎn)生使原本單臺(tái)低頻大容量的變流器被多臺(tái)并聯(lián)輸出的高頻、小容量、模塊化的電源取代成為可能。
　　 電力電子技術(shù)也是協(xié)助解決人類越發(fā)關(guān)注的能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題必不可少的技術(shù)之一。新型可再生能源由于其綠色、安全

2、、可再生的特點(diǎn)備受人們的關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)和推廣低電壓輸出的新能源的工業(yè)應(yīng)用，科研人員對(duì)高增益DC/DC變流器及其后級(jí)的DC/AC逆變電路做了大量的研究。為實(shí)現(xiàn)變流器的功率擴(kuò)容，交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC變流器以及逆變電源的并聯(lián)冗余技術(shù)更是研究中的熱點(diǎn)。
　　 本文首先在總結(jié)、歸納常規(guī)flyback與forward變流器的基礎(chǔ)上，基于常規(guī)flyback變流器的電路結(jié)構(gòu)與交錯(cuò)并聯(lián)的控制方式，提出了在反激變壓器的副邊串聯(lián)占空比控制直流電壓源的思想

3、，為擴(kuò)展電路的電壓增益與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流特性提出了一種新思路，并在此基礎(chǔ)上提出了flyback變壓器與開(kāi)關(guān)電容相結(jié)合的flyback-forward概念，實(shí)現(xiàn)了一種隔離型的交錯(cuò)并聯(lián)flyback-forward Boost變流器。該變流器通過(guò)反激變壓器與開(kāi)關(guān)電容的有機(jī)結(jié)合，充分利用了變壓器的正激特性，降低了激磁電流，提高了磁芯的利用率，并通過(guò)開(kāi)關(guān)電容的隔直特性實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)支路的自動(dòng)均流。通過(guò)采用有源箝位軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了漏感能量的無(wú)損轉(zhuǎn)移和開(kāi)

4、關(guān)管上關(guān)斷電壓尖峰的有效抑制。由于反激變壓器的漏感對(duì)輸出二極管關(guān)斷電流的限制能力，有效抑制了輸出二極管的反向恢復(fù)電流，減小了反向恢復(fù)損耗，提高了變流器的效率。為了進(jìn)一步提高變流器的功率密度，本文還采用了單管箝位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了漏感能量的吸收與無(wú)損轉(zhuǎn)移。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，隔離型的交錯(cuò)并聯(lián)flyback-forward Boost變流器具有較高的工作效率。開(kāi)關(guān)電容型flyback-forward概念的提出為隔離型交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC變流器的拓?fù)溲?/p>

5、繹提供了一種可實(shí)踐的思路。
　　 其次，本文針對(duì)非隔離應(yīng)用場(chǎng)合，在分析了常規(guī)交錯(cuò)并聯(lián)boost變流器與耦合電感型交錯(cuò)并聯(lián)boost變流器的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用所提出的占空比控制直流電壓源的思路，提出了一種開(kāi)關(guān)電容型交錯(cuò)并聯(lián)非隔離Boost組合變流器。由于引入了耦合電感與開(kāi)關(guān)電容的組合，電路的電壓增益得到了進(jìn)一步的拓展，同時(shí)降低了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力。開(kāi)關(guān)電容的存在使耦合電感不僅工作在傳統(tǒng)的儲(chǔ)能一釋放模式，同時(shí)利用了其正激變壓器的特性，既

6、充分利用了耦合電感的磁芯，又拓展了變換器的功率等級(jí)。由于開(kāi)關(guān)電容的隔直特性，交錯(cuò)并聯(lián)的兩個(gè)支路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)均流，簡(jiǎn)化了控制電路的設(shè)計(jì)，降低了生產(chǎn)成本。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電容型交錯(cuò)并聯(lián)非隔離Boost組合變流器的閉環(huán)控制，本文采用基本建模法對(duì)其小信號(hào)模型進(jìn)行了推導(dǎo)，并采用電壓電流雙環(huán)控制策略實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了模型的正確性。
　　 隨后，為進(jìn)一步提高電路的可靠性，降低生產(chǎn)與設(shè)計(jì)成本，本文探討了開(kāi)關(guān)電容型無(wú)源無(wú)損交錯(cuò)并聯(lián)B

7、oost組合變流器的實(shí)現(xiàn)方法。首先在分析耦合電感型無(wú)源無(wú)損高增益boost變流器的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用所提出的占空比控制直流電壓源的思路，提出了高增益無(wú)源無(wú)損交錯(cuò)并聯(lián)Boost變流器。該變流器通過(guò)在電路結(jié)構(gòu)上將箝位二極管交叉連接的方式，在利用箝位電容實(shí)現(xiàn)漏感能量的無(wú)損吸收的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)支路的自動(dòng)均流。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步拓展電路的電壓增益，通過(guò)一定的分析與拓?fù)渥儞Q，本文進(jìn)一步提出了利用開(kāi)關(guān)電容代替箝位電容的概念，并推導(dǎo)出了開(kāi)關(guān)電容型高增

8、益無(wú)源無(wú)損交錯(cuò)并聯(lián)Boost變流器。該變流器在保留了高增益無(wú)源無(wú)損交錯(cuò)并聯(lián)Boost變流器的所有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，既拓展了變流器的增益，又降低了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高耦合電感的磁芯利用率，本文采用前述的flyback-forward概念，通過(guò)添加兩個(gè)二極管，保證了耦合電感與開(kāi)關(guān)電容的正激電流通路，從而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電容型無(wú)源無(wú)損交錯(cuò)并聯(lián)Boost組合變流器。由于正激工作模式的加入，耦合電感的激磁電流得到了有效降低，變流器的功

9、率密度得到了進(jìn)一步的提高。
　　 耦合電感/反激變壓器與開(kāi)關(guān)電容相結(jié)合的flyback-forward概念實(shí)現(xiàn)了從新型可再生能源的低輸出電壓到逆變電源標(biāo)準(zhǔn)母線電壓的高增益提升。作為采用此概念實(shí)現(xiàn)的新型變流器拓?fù)涞墓I(yè)應(yīng)用，論文的第五章對(duì)逆變電源多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化進(jìn)行了探討和實(shí)踐。在采用瞬時(shí)電流平均值均流模式的基礎(chǔ)上，論文對(duì)逆變電源多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真實(shí)驗(yàn)研究。隨后，本文通過(guò)對(duì)在線的逆變器進(jìn)行編碼的方式提出了自動(dòng)主從