输入串联模块化DC_DC充电系统研究.pdf

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1、博士学位论文输入串联模块化DC/DC充电系统研究RESEARCHONINPUTSERIESMODULARDC/DCCHARGINGSYSTEM张智杰哈尔滨工业大学2018年04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模块化DC/DC充电系统研究博士研究生：张智杰导师：杨世彦教授副导师：杨威副教授申请学位：工学博士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2018年04月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921.5U

2、.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONINPUTSERIESMODULARDC/DCCHARGINGSYSTEMCandidate：ZhangZhijieSupervisor：Prof.YangShiyanAssitantSupervisor：A/Prof.YangWeiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectrical

3、DriveAffiliation：DepartmentofElectricalEngineeringDateofDefence：April,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，随着电池储能技术的发展，电池的储能容量和所要求的充电速率越来越多样化，这就需要电池充电系统能覆盖较宽的输出功率范围。另外，在不同的储能场合中，充电系统的供电电压大小不一，能够从几百伏到上千伏，因此还需充电系统能够适应较宽的供电电压范围。如果采用大功率和高

4、耐压等级的MOSFET，其综合性能指标比较差。采用模块化串并联组合技术是解决充电系统容量扩展，同时降低变换器耐压等级，发挥低耐压等级MOSFET性能优势的有效途径。因此对输入串联输出并联（ISOP）充电系统展开研究，解决充电系统所面临的输入均压问题，实现各充电模块之间的控制无互联，提高充电系统容量扩展的灵活性，对提高充电变换器的综合性能，降低充电系统设计成本均具有重要的理论和现实意义。为此，论文提出了一种在控制上无互联的模块化ISOP充电系统。利用标准化的充电模块进行灵活的输入串联输出并联组合，即可满足不同输入电压要求又可满足

5、不同输出功率等级的要求。充电系统中每个标准化的模块都包含充电单元和辅助电源单元。各充电模块中的充电单元构成了输入串联输出并联充电单元组合电路，各充电单元均对自身输出电流进行采样控制，使ISOP充电单元组合电路具有输入串联输出独立的恒流输出特性。充电模块中的辅助电源单元为充电单元的控制和驱动单路供电，各辅助电源单元构成了串联输入多路输出（SIMO）单元组合电路，这种电路结构具有输入串联输出独立的恒压输出特性。为实现各充电单元之间的输入均压以及实现充电系统待机状态下各辅助电源单元之间的输入均压，对具有输入串联输出独立结构特点的DC

6、/DC系统稳定运行条件进行研究，分别从输出电压扰动和输入电压扰动的角度给出了稳定运行条件。利用稳定运行条件对常见的独立输出电压/电流控制方式进行稳定性分析。在此基础上提出一种单元输入电压控制方法，为实现各充电单元及其辅助电源单元所构成的标准充电模块之间的控制无互联奠定了基础。为了实现ISOP充电单元组合电路输入均压及模块化输出电流控制，同时实现各充电单元之间的控制无互联，提出了分布式输出电流补偿控制策略。以全桥充电单元主电路小信号模型为基础，结合所提出的控制策略，得到了各充电单元输出电流控制环闭环传递函数和输入均压控制环闭环传

7、递函数。利用赫尔维茨稳定性判据求出了各充电单元输出电压控制器和输入均压控制器稳定参数区间，证明-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文了所提控制策略应用于ISOP充电单元组合电路的有效性。在此基础上给出了控制环路的设计原则，并根据此设计原则分别在电阻和电池负载条件下对控制器参数进行设计，表明了其在电阻和电池负载场合的通用性。对系统稳态特性进行分析，明确了各充电单元输出电流之间的关系，得到了系统总输出电流表达式。此外，由于在分布式输出电流补偿控制方式下各充电单元均有输出电流控制环，各充电单元还能独立进行工作。对于SIMO单元组合电路

8、，为实现各单元输入均压和输出恒压控制，同时提高这种电路结构的应用普适性，首先对非隔离型SIMO单元组合电路展开研究，提出了分布式动态输入均压控制策略。通过具有输出电压环的主单元和其他具有输入均压环的从单元之间的分布式主从控制，实现了各单元之间的输入均压，同时使得各单元之间也具