输入串联型组合变换器控制策略关键技术研究.pdf

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1、博士学位论文输入串联型组合变换器控制策略关键技术研究STUDYONKEYTECHNOLOGIESOFINPUTSERIESCOMBINATIONCONVERTERSCONTROLSTRATEGY曲璐哈尔滨工业大学2018年4月国内图书分类号：TM921.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学博士学位论文输入串联型组合变换器控制策略关键技术研究博士研究生：曲璐导师：张东来教授申请学位：工学博士学科：电力电子与电力传动所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TM921.5U.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONKEYTECHNIQUEOFINPUTSERIESCOMBINATIONCONVERTERSCONTROLSTRATEGYCandidate：QuLuSupervisor：Prof.ZhangDonglaiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation

3、：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：April,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高压直流变换技术在轨道交通、航天器供电系统、柔性直流输电系统等场合均有广泛应用，较高的直流母线电压对变换器的器件选型、系统绝缘、可靠性设计带来很大挑战。串并联技术通过多个子模块的串联能够降低每个模块的电压应力，解决上述直流高压带来的问题。模块串并联技术朝着积木式搭建、高可靠性、高动态响应的方向发展，使组合后的系统具有可媲美单模块系

4、统的特性。研究的关键点在于任何工作条件下子模块间的平均稳定运行，因此设计中需要保证在稳态和动态运行模式下子模块的电压电流应力不超限，为达到这一期望目标，模块串并联技术着重于均压均流控制策略的研究。本文旨在提高组合系统的输出动态特性、提高可靠性以及缩短研发时间，从子模块拓扑类型的选择、均压均流控制策略的设计、参数失配影响的分析等方面深入开展输入串联型组合变换器控制策略及其关键技术的研究。首先，针对同占空比控制的组合变换器子模块拓扑选择问题，提出了一种基于稳态工作点模型的拓扑自然均压稳定性的分析方法，进而推导出三种基本类型拓扑的稳定性结论，为子模

5、块拓扑的选型提供合理建议。此外针对组合系统输出动态特性不理想的问题，研究了一种具有高动态输出响应性能，基于峰值电流控制的输入均压策略，适用于输入串联输出并联连接的系统中，将峰值电流控制对母线扰动免疫的优点与输入均压控制相结合，可使组合系统在母线高电压、高斜率、宽范围变化时，仍具有优良的动态输出特性和动态输入均压特性。其次，针对在具有辅助源的输入串联输出并联连接的组合系统中，传统输入侧均压控制策略里高压隔离采样环节所引起的电路延迟和绝缘隐患问题，提出了一种输出电流差控制策略。该方法只采样系统输出低压端共地的电流和电压信息进行运算，即可实现输入串

6、联输出并联系统输出端的精确均流，省去控制电路中的隔离器件，有效地提高了系统的稳态均压特性和可靠性。再次，针对输入串联输出串联连接的系统，从输入端实现均压控制的方法电路中高压隔离器件带来的绝缘问题及多模块备份困难的问题，提出一种输出电压差控制策略。该方法中所有采样的状态量共地位于输出侧，解决了信号隔离的问题，并且控制策略采用主从工作模式，可进一步提高为自动主从模式，在实现热插拔和模块备份功能的同时输出电压差控制策略仍保持简单的电路结构，适合应用于多模块系统中。最后，针对现有均压控制策略在开发组合系统时设计量庞大、研发周期长的问题，提出了一种输入

7、侧并联MOSFET的均压控制策略，将已有的闭环模块按照-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文需求直接进行扩展连接，恒压型模块进行输入串联输出串联组合，恒流型模块进行输入串联输出并联组合。该方案省去主拓扑及输出电压控制环的设计过程，减少组合系统的研发时间，并且输入输出端具有较好的动态均压特性。关键词：高压直流变换；组合变换器；输入串联输出并联；输入串联输出串联；均压控制策略-II-AbstractAbstractHighvoltageDCtransformhasextensiveneedsinrailtransit,aircraftpowersu

8、pplysystem,flexibleDCtransmissionsystems,etc.ThehighDCvoltageposesasignificantchal