模塊化三端口直流變換系統(tǒng)研究.pdf

1、航天器電源系統(tǒng)、獨(dú)立新能源發(fā)電系統(tǒng)、直流微網(wǎng)等新的應(yīng)用需求不斷提出，促進(jìn)了對(duì)新型變換器拓?fù)浼跋到y(tǒng)架構(gòu)的研究和探索。為了適應(yīng)未來(lái)航天器電源系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的高功率密度、高可靠性和模塊化的發(fā)展需求，本文對(duì)高性能三端口變換器(Three-Port Converter,TPC)的拓?fù)湟约盎谀K化TPC的系統(tǒng)架構(gòu)和功率控制策略展開(kāi)研究，旨在為航天器電源變換系統(tǒng)提供高效、靈活的解決方案。
　　提出了一類(lèi)新穎的部分隔離型TPC電路拓?fù)?，其拓?fù)渫蒲?/p>

2、的基本思路是：將兩端口交錯(cuò)并聯(lián)Buck/Boost變換器橋臂中點(diǎn)所產(chǎn)生的高頻脈動(dòng)電壓，經(jīng)無(wú)橋Boost整流單元整流后得到穩(wěn)定可控的直流電壓作為第三個(gè)功率端口，并通過(guò)加入功率變壓器實(shí)現(xiàn)端口之間的電氣隔離。選取其中典型拓?fù)鋵?duì)其工作原理和輸出特性進(jìn)行深入分析，詳細(xì)推導(dǎo)軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)條件和范圍，并給出原邊脈寬調(diào)制和副邊移相控制結(jié)合的功率控制方法。采用上述控制方法，實(shí)現(xiàn)了原副邊端口控制之間的近似解耦，且原邊兩路Buck/Boost變換器始終交錯(cuò)180

3、°工作使得輸入電流紋波大大降低；原副邊開(kāi)關(guān)管和二極管均實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步提高了變換器的效率。隨著輸入功率或輸出功率的變化，變換器可以在單入單出、雙輸入和雙輸出等三種狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行且能夠完成自由切換，同時(shí)保持輸出母線電壓的穩(wěn)定，滿足航天器負(fù)載供電的需求。
　　研究了模塊化三端口變換器(Modular Three-Port Converter, MTPC)并聯(lián)應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)及功率控制策略。由于TPC含有三個(gè)功率端口，在構(gòu)建模塊化電源

4、系統(tǒng)時(shí)具有很大的靈活性，從而可以得到多種不同結(jié)構(gòu)形式的MTPC系統(tǒng)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的供電需求。
　　三端并聯(lián)連接是MTPC系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)形式。分析了三端并聯(lián)式MTPC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和功率控制需求，給出了三端并聯(lián)式MTPC系統(tǒng)功率控制的基本思想：對(duì)其中兩個(gè)功率端口同時(shí)進(jìn)行均流控制，剩余第三個(gè)端口自由且根據(jù)能量守恒能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流。由于MTPC并聯(lián)系統(tǒng)與傳統(tǒng)兩端口變換器并聯(lián)系統(tǒng)均流控制的本質(zhì)一致，現(xiàn)有均流控制技術(shù)均可推廣應(yīng)用于M

5、TPC并聯(lián)系統(tǒng)。以儲(chǔ)能端和輸出端同時(shí)均流為例，給出了基于平均電流法均流技術(shù)的系統(tǒng)功率控制方案及實(shí)現(xiàn)方式。
　　提出了一種源端分布式MTPC系統(tǒng)架構(gòu)及其功率控制方法。系統(tǒng)特點(diǎn)是：各TPC模塊的輸入端相互獨(dú)立并分別連接分布式輸入源，可以實(shí)現(xiàn)所有輸入源的最大功率點(diǎn)跟蹤。深入分析了該系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率控制需求，提出了一種新型混合功率控制策略及其實(shí)現(xiàn)方式，其基本思想是：在儲(chǔ)能裝置處于放電狀態(tài)時(shí)采用儲(chǔ)能端均流、在儲(chǔ)能裝置處于充電狀態(tài)時(shí)按照各

6、自輸入功率分配輸出端功率。采用所提出的功率控制方法，源端分布式MTPC系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行并能夠?qū)崿F(xiàn)在所有工況下各個(gè)端口功率的優(yōu)化管理與分配。
　　提出了一種負(fù)載端分布式MTPC系統(tǒng)架構(gòu)及其功率控制方法。系統(tǒng)特點(diǎn)是：負(fù)載側(cè)不需要公共直流母線，各TPC模塊的輸出端相互獨(dú)立并分別直接連接分布式負(fù)載，實(shí)現(xiàn)源端和儲(chǔ)能端到負(fù)載端的單級(jí)功率變換，并滿足不同負(fù)載的獨(dú)立性和差異性供電需求。詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的工作狀態(tài)和功率控制需求，提出了一種新型混合功