输入串联输出并联逆变器系统控制策略的研究

论文摘要

输入串联输出并联（Input-Series-Output-Parallel, ISOP）逆变器系统是由多个逆变器模块在输入侧串联和输出侧并联构成,适用于高电压输入和大电流输出的场合。为了保证ISOP逆变器系统正常工作,必须实现各模块输入均压和输出均流,因此本文对ISOP逆变器系统的均压均流控制策略进行研究。本文揭示ISOP逆变器系统输入均压和输出均流的相互关系,指出:如果实现各模块输出均流,则可以实现输入均压,但该方式不能保证系统稳定;如果实现输入均压,并保证各模块输出电流幅值或输出功率因数角相等,则可实现输出均流,并且稳定工作。由此提出实现ISOP逆变器系统输入均压和输出均流的控制思想:根据各模块输入电压偏差调节其输出滤波电感电流幅值,实现输入均压;通过控制输出滤波电感电流相位角不变,使输出功率因数角保持稳定,从而实现各模块的输出均流。基于上述输入均压和输出均流控制思想,提出ISOP逆变器系统的集中式均压均流控制策略。控制系统由输出电压环、输入均压环和电感电流环组成。各模块公用输出电压环,其输出作为电流环给定信号。输入均压环根据各模块的输入电压偏差调节电流环给定信号的幅值,并保证其相位不变,使各模块输出电流幅值变化,从而实现各模块输入均压。由于均压调节过程中,各模块输出功率因数角保持不变,实现输入均压时,系统也实现了输出均流。在集中式均压均流控制策略的基础上,为了保证各模块控制电路的独立性,实现系统的模块化,提出ISOP逆变器系统的分布式均压均流控制策略。分布式均压均流控制策略将输入均压控制电路和输出电压控制电路分散到各模块中,模块间通过输出电压给定信号线和均压信号线连接,使各模块成为既可单独工作,又可构成组合系统的标准模块。系统中各模块的地位相同,提高了系统的冗余度和可靠性,促进了模块化。ISOP逆变器系统需要控制各模块的输入电压和总输出电压,使控制系统设计变得复杂。通过分析证明:本文所提出的均压均流控制策略,其输入均压环与输出电压环是相互解耦的,可将控制系统解耦为输入均压环和输出电压环两个独立部分,分别进行设计。输入均压环控制各模块的输入电压,它属于多变量控制系统,可根据李亚普诺夫定理进行设计。输出电压环控制总输出电压,它属于单变量控制系统,可采用频域分析法进行设计。文中给出具体的系统设计方法。根据提出的均压均流控制策略,在实验室研制了一台由两个1kVA模块组成的ISOP逆变器系统原理样机,并进行实验验证。实验结果验证了本文所提出的均压均流控制策略的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 电力电子系统集成的发展
• 1.1.2 电力电子系统集成的分类
• 1.2 多模块组合的研究
• 1.2.1 多模块的组合方式
• 1.2.2 直流变换器组合系统
• 1.2.3 逆变器组合系统
• 1.3 本文的研究意义和研究内容
• 第二章 ISOP 逆变器系统输入均压与输出均流的关系
• 2.1 引言
• 2.2 各模块输入均压与输出均流的关系
• 2.3 输出均流控制方式的稳定性分析
• 2.4 输入均压控制方式的稳定性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 ISOP 逆变器系统的集中式均压均流控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 ISOP 逆变器系统的拓扑
• 3.3 均压均流控制实现思想
• 3.4 控制系统的组成及工作原理
• 3.5 仿真验证
• 3.6 控制策略对系统参数差异的有效性
• 3.6.1 输入分压电容参数差异时的分析
• 3.6.2 输出滤波电感参数差异时的分析
• 3.6.3 输出滤波电容参数差异时的分析
• 3.6.4 仿真验证
• 3.7 本章小结
• 第四章 ISOP 逆变器系统的分布式均压均流控制策略
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统的组成
• 4.3 均压均流控制原理
• 4.4 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 ISOP 逆变器系统的控制系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 输入均压环与输出电压环的解耦分析
• 5.3 输入均压环的设计
• 5.4 输出电压环的设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 ISOP 逆变器系统的参数设计与实验验证
• 6.1 引言
• 6.2 全桥直流变换器的设计
• 6.2.1 主电路参数设计
• 6.2.2 控制电路参数设计
• 6.3 逆变器的设计
• 6.3.1 主电路参数设计
• 6.3.2 控制电路参数设计
• 6.4 集中式均压均流控制策略的实验验证
• 6.4.1 稳态实验
• 6.4.2 动态实验
• 6.4.3 参数差异时的实验
• 6.5 分布式均压均流控制策略的实验验证
• 6.5.1 稳态实验
• 6.5.2 动态实验
• 6.6 本章小结
• 第七章 工作总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文