基于功率流分析與重構(gòu)的直流變換器拓?fù)溲苌碚摵头椒?pdf

1、以航天器電源為代表的可再生能源獨(dú)立供電系統(tǒng)一般配有蓄能電池，形成了具有輸入、輸出和中間雙向三類端口的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)航天載人事業(yè)的迅速發(fā)展，采用多個(gè)兩端口變換器實(shí)現(xiàn)此類三端口功率系統(tǒng)功率管理控制的傳統(tǒng)解決方案將難以適應(yīng)未來(lái)供電系統(tǒng)的要求，必須研究采用新的理論、方法和技術(shù)有效提高功率變換能效。本文研究新型集成直流三端口變換器(Three-Port Converter，TPC)，旨在揭示TPC拓?fù)渥宓谋举|(zhì)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，形成一般性拓?fù)溲苌?/p>

2、理論和方法，以推動(dòng)TPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用發(fā)展，并為復(fù)雜功率接口變換器拓?fù)涞难芯刻峁├碚摵头椒▍⒖迹瑸楦吣苄?、高功率密度可再生能源供電系統(tǒng)提供解決方案。
　　提出了基于功率流分析與重構(gòu)的直流變換器拓?fù)溲苌恼w思想和方法。在工作原理分析的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)并提取典型TPC拓?fù)渌灿械亩丝谔匦约岸丝陂g功率流特性，給出了TPC拓?fù)鋬?nèi)在機(jī)理描述，明確了TPC拓?fù)涞臉?gòu)成要素即端口、功率傳輸路徑和功率控制變量;揭示了TPC與傳統(tǒng)兩端口變換器的內(nèi)在

3、聯(lián)系，建立了兩端口變換器拓?fù)湎蛉丝谧儞Q器拓?fù)滢D(zhuǎn)化的橋梁;將變換器拓?fù)錁?gòu)造過(guò)程分解為端口、功率傳輸路徑及其控制變量的重構(gòu)過(guò)程，形成了研究TPC等復(fù)雜變換器拓?fù)浔举|(zhì)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系、進(jìn)而獲得其拓?fù)溲苌囊话阍瓌t。
　　提出了TPC拓?fù)浜侠碛行У奈锢順?gòu)造和優(yōu)化方法。(1)組合-優(yōu)化構(gòu)造法。首先由兩端口變換器組合構(gòu)造出基本三端口拓?fù)洌缓笠云骷?fù)用和功率傳輸路徑集成為拓?fù)鋬?yōu)化準(zhǔn)則，去除冗余部件，實(shí)現(xiàn)高功率密度TPC。以非隔離TPC拓?fù)渥鍨?/p>

4、例，分別給出了兩端口變換器經(jīng)由雙輸入變換器、雙輸出變換器和雙向變換器生成TPC的原理、方法和過(guò)程。(2)控制變量重構(gòu)法。發(fā)掘并利用現(xiàn)有兩端口變換器中潛在的第三端口及功率路徑，補(bǔ)充構(gòu)造TPC功率控制所需要的控制變量、滿足功率控制要求，得到TPC拓?fù)洹Ｒ园霕蚴絋PC拓?fù)渥鍨槔o出了拓?fù)錁?gòu)造方法和過(guò)程。(3)功率路徑重構(gòu)法。發(fā)掘并利用現(xiàn)有兩端口變換器中潛在的功率控制變量，補(bǔ)充構(gòu)造第三端口及相應(yīng)的功率傳輸路徑，構(gòu)造出TPC拓?fù)?。以全橋式TPC

5、拓?fù)錇槔o出了拓?fù)溲苌椒ǎ⒃摲椒ㄑ由焱茝V于含多個(gè)雙向端口的多端口變換器拓?fù)渥宓纳伞?4)直接構(gòu)造法。發(fā)掘并利用現(xiàn)有兩端口變換器中潛在的端口、功率傳輸路徑和功率控制變量，將其直接升級(jí)為TPC拓?fù)?。以Z源變換器為例分析，并給出了Z源TPC拓?fù)鋵?shí)例。
　　應(yīng)用所提出的拓?fù)錁?gòu)造原理和方法，推導(dǎo)并得到了一系列具有高集成度且任意兩個(gè)端口之間均為單級(jí)功率變換的TPC拓?fù)渥搴投喽丝谧儞Q器拓?fù)渥?，包括非隔離TPC拓?fù)渥?、半橋式TPC拓?fù)渥濉?/p>

6、全橋式多端口變換器拓?fù)渥逡约半p有源橋多端口雙向變換器拓?fù)渥宓?。提出了兼顧?shí)現(xiàn)輸入最大功率點(diǎn)跟蹤、輸出穩(wěn)定及蓄電池充放電控制等要求的多目標(biāo)優(yōu)化功率控制和能量管理策略，以及脈寬調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)的解決方案。
　　將功率流分析與重構(gòu)的新方法拓展應(yīng)用于復(fù)雜兩端口變換器的拓?fù)涿枋龊拖到y(tǒng)化衍生研究。以功率流概念詮釋正激變換器的工作機(jī)理，提出了二極管磁復(fù)位正激直流變換器拓?fù)渥宓恼龁卧⒇?fù)單元和復(fù)合單元三種基本開(kāi)關(guān)單元及其構(gòu)造思想，以及二極管磁復(fù)位正