交流多模块互联电力电子系统稳定性判据研究.pdf

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1、第1期电源学报NO．12012年1月JournalofPowerSupplyJan．2012交流多模块互联电力电子系统稳定性判据研究王润新，汤天浩(上海海事大学电气自动化系，上海201306)摘要：每个空间上相互隔离、功能上相对独立的电力电子变换装置都可看作一个模块。由这些模块通过母线相互连接而成的大的电能变换、传输和应用系统，都可归类为多模块互联电力电子系统。分析母线电压或电流不是稳恒直流亦即其幅值中含交流分量的多模块互联系统出现稳定性问题的原因，概述国际、国内学术界对该问题的研究历史和现状．并在通过离散傅里叶级

2、数分解获取端口阻抗特性基础上提出新的适用于交流互联系统的稳定性判据。关键词：电力电子系统；分布式互联；相互作用；周期平衡点；稳定性判据中图分类号：TM402文献标志码：A文章编号：2095—2805(2012)01—0o31—061多模块互联电力电子系统的稳定性服电源安装空间的限制、也为了提高供电可靠性．在其他领域。比如舰船、飞机、通信交换机的电源系问题及研究方法统中，同样采用了模块化分布式供电结构。广义地讲．每个空间上相互隔离、功能上相对独立的电力传统电子设备通常采用单电源集中供电．即由电子变换装置都可看作一个模

3、块．由这些模块通过单一供电装置为整个设备的不同单元乃至多个设母线相互连接(包括串联、并联和级联等)而成的大备统一实现电力供应。近年来，随着受电端对电能的电能变换、传输和应用系统，都可归类为多模块质量指标更严苛的需求，电能处理系统正在经历从分布式电力电子系统。采用新能源供电的微型电集中供电到分布式供电的转变。例如，运行于几网，在一定条件下也可以近似地认为采用了这种结GHz时钟频率下的新一代微处理器．工作电压小于构。1V，工作电流可达上百安培。为保证瞬态过程中电在拥有诸多优点的同时，模块化分布式供电结流切换正常，整个计

4、算机系统不能采用集中供电，构也存在特有的问题或隐患．系统的接口稳定性必须为处于不同位置的各个输出单元单独设置专(InterfaceStability)是其主要问题之一。该问题表现用的电源变换器。分布式供电方法为实现电能变换在．即使各模块在模拟互联工况单独测试时工作正单元的标准化和模块化创造了条件．同时也有利于常．互联后整个系统还是可能发生母线电压振荡等优化设计和制造过程、提高系统性能。“模块化积现象，无法稳定于预期的工作点。情况严重时，不稳木”式的电源设计理念催生了一系列创新的电源转定现象会影响供电质量．甚至导致模

5、块失效或损换技术，这些技术在提高功率转换效率和功率密度坏。系统设计时如何尽量避免、使用中如何监测和方面成效卓著【’1。提前预防不稳定现象的发生．成为人们密切关注的分布式供电并不局限于小型电子设备。为了克问题。笼统而言，稳定性问题源于电力电子模块之间收稿日期：2011-10—28基金项目：上海市教委重点学科建设项目050602)：国家自然科学基的相互作用。通过建立各模块的非线性大信号模金青年基金项目(51007056)。型。进而在此基础上讨论模块互联后系统的全局稳作者简介：王润新(1968一)，男，博士后，博士，主要

6、研究方向为电力电子系统的建模和控制．E—mail：pape~@rxwang．corn：汤天定性，无疑是一条可选的研究途径。然而，由于模块浩，男，教授，博士后合作导师。第1期王润新．等：交流多模块互联电力电子系统稳定性判据研究33图通过坐标变换将单相交流量在新的坐标系下表究的角度衡量，上述最新文献给出的成果仍存在不达为直流量，然后在新坐标系下讨论小信号模型。足：以上方法中，二次平均法和准静态法历史较(1)通过解析方法来求解端口阻抗，只适用于长，影响也较大，在一定程度上促进了学术界对此模块拓扑简单且激励波形有规则的场合

7、；问题的关注。但是，二次平均法对模型的处理过于(2)成果中所有分析都是基于低频扰动的，方简化，此法用于较细致的定量研究时并不能给出合法和结论只在周期平衡点基波频率以下有效。在交理的结果。事实上，文献f15]已通过列举反例证实基流电频率相对较高的场合(比如飞机电源系统中于此方法的小信号阻抗在阻抗比判据应用中不可400Hz)，文献结论能解决一些特定问题。但在普通行：准静态法则从根本上将动态过程理解为稳态过工频条件下，周期平衡点基波频率这个上限显然过程的简单叠加，或者说，将瞬态过程中的相轨迹理低。不稳定所导致的振荡频率范

8、围较宽，只用低频解为稳态工作点的集合．混淆了稳态和瞬态的概模型不足以全面反映稳定性问题的根源；念。由此方法推得的结论也未得到过有效证日月【惦，-71。(3)文献注意到频率较高时阻抗频率响应出现近期提出的坐标变换法，在理论上与三相abc／的时变现象，但没能给出合理解释和解决办法；dq0坐标变换一致，只是在变换矩阵的维数上做了改(4)因无周期平衡点基波频率以上的