基于串并联谐振式HFAC配电系统的研究

论文摘要

随着通信及计算机系统对电力需求的日益增长,传统DC配电系统由于含有过多功率转换环节和较差动态响应,已经很难满足其用电标准。高频交流配电系统作为一种新型的配电方式,因具有功率密度高,暂态响应快速以及电气隔离易于实现等优点,目前受到了包括航空航天及微电网领域的高度关注。本文首先介绍了高频交流配电技术在国内外的发展状况,通过与两种配电方式的对比阐述了其优越性。在此基础上,针对本文采用的高频交流配电系统进行了具体分析,其中包括系统的工作原理,结构组成以及控制方式。通过建立硬件平台,以此验证上述理论分析和设计的正确性。最后提出了两种方法来提高系统带负载能力及功率因数。论文主要对高频交流配电系统的前级DC/DC变换器及后级DC/AC高频谐振逆变器进行了深入研究。针对前级DC/DC环节,首先建立了动态小信号数学模型,然后结合理论与实验确定的主功率参数,对其开环特性进行了分析,并采用模拟控制的方式对拓扑进行了三阶补偿,从而实现了对控制环路的设计,最后通过实验验证了设计的正确性。针对后级高频逆变环节,首先提出采用半桥谐振的方式将直流逆变成高频交流。然后重点对脉冲相位调节交流母线相位的方法进行了分析,并利用Saber仿真对此控制方式进行了验证。最后,在建立高频逆变器小信号的基础上,结合Matlab仿真阐述了提高谐振逆变器动态及稳态性能的方法。通过实验验证了本文所采用拓扑结构和控制方法的可行性。提出了采用并联多路逆变器和增加母线频率的方法提高系统带负载能力,并通过实验得以验证。最后探讨了一种谐振整流电路,以提高后级交流电压调节模块的功率因数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 高频交流配电系统概述
• 1.1.2 基于串并联谐振式HFAC的特点
• 1.2 高频交流配电系统研究意义
• 1.3 高频交流配电系统国内外发展现状
• 1.3.1 配电系统分类及发展现状
• 1.3.2 HFAC技术的发展现状
• 1.4 存在问题及论文研究内容
• 1.4.1 存在问题
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 HFAC配电系统原理及控制方法
• 2.1 引言
• 2.2 HFAC配电系统的工作原理
• 2.3 HFAC配电系统的基本结构
• 2.3.1 整流电路
• 2.3.2 前级DC/DC变换电路
• 2.3.3 高频逆变电路
• 2.3.4 交流VRM电路
• 2.4 HFAC控制方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 HFAC前级DC/DC变换器分析和设计
• 3.1 引言
• 3.2 DC/DC小信号模型分析
• 3.3 前级DC/DC变换器主功率电路
• 3.3.1 DC/DC变换器拓扑结构
• 3.3.2 DC/DC变换器主功率参数设计
• 3.3.3 DC/DC变换器开环测试实验
• 3.4 DC/DC变换器控制环路设计
• 3.4.1 控制器分析
• 3.4.2 补偿网络分析及设计
• 3.5 同步Buck变换器闭环实验测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 半桥谐振式高频逆变器研究
• 4.1 引言
• 4.2 谐振式高频逆变电路分析
• 4.2.1 谐振式高频逆变器优势
• 4.2.2 几种谐振式高频逆变器比较
• 4.3 TSRI谐振中电感、电容参数设计
• 4.4 输出电压相位控制分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 HFAC配电系统实现及问题分析
• 5.1 引言
• 5.2 HFAC配电系统实现
• 5.3 HFAC带负载能力分析
• 5.3.1 多路逆变器并联运行
• 5.3.2 提高HFAC母线电压频率
• 5.4 交流 VRM中功率因数调整
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢