電流控制型DC-DC級(jí)聯(lián)系統(tǒng)大信號(hào)穩(wěn)定性關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)和新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，直流分布式電源系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受到學(xué)術(shù)界的熱切關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、醫(yī)療電子設(shè)備以及電信行業(yè)等領(lǐng)域。在帶來(lái)諸多好處的同時(shí)，龐大的規(guī)模及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不僅使系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題凸顯，還給穩(wěn)定性設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的難度，若想將其作為整體進(jìn)行穩(wěn)定性分析幾乎不可能。針對(duì)這一重要學(xué)術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界從直流分布式電源系統(tǒng)最基本的連接形式——級(jí)聯(lián)系統(tǒng)入手，基于小信號(hào)分析方法取得了一定的理論成果，但僅限

2、于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的穩(wěn)定性情況進(jìn)行研究，不適用于大信號(hào)擾動(dòng)的情況。因此，為全面分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，深入理解和改善系統(tǒng)在大信號(hào)擾動(dòng)下的運(yùn)行情況，提高系統(tǒng)的可靠性，極有必要從大信號(hào)角度出發(fā)，結(jié)合非線性理論建立相應(yīng)的研究方法對(duì)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。本文從大信號(hào)的研究角度出發(fā)，結(jié)合回轉(zhuǎn)器理論和相關(guān)的非線性研究方法對(duì)DC-DC級(jí)聯(lián)系統(tǒng)大信號(hào)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，主要包含以下內(nèi)容:
　　在對(duì)現(xiàn)有大信號(hào)模型進(jìn)行對(duì)比研究的基礎(chǔ)上，本文基于

3、回轉(zhuǎn)器理論為電流模式控制型DC-DC變流器建立了統(tǒng)一的大信號(hào)模型。該模型克服了現(xiàn)有大信號(hào)模型復(fù)雜、難以應(yīng)用于理論分析的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了降階，輸入-輸出表達(dá)式簡(jiǎn)單，且僅采用單環(huán)反饋即可實(shí)現(xiàn)電流模式控制的功能，為后續(xù)理論分析提供了便利。由于回轉(zhuǎn)器理論的基礎(chǔ)是能量守恒定律，故該模型具有普適性，僅需修改一個(gè)參數(shù)的數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同拓?fù)浣涣髌鞯慕７治?。在較好地反映原變流器大信號(hào)特性的同時(shí)，該模型還能夠正確反映系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的小信號(hào)特性。模型的簡(jiǎn)便

4、性、普適性、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性和完備性為理論分析系統(tǒng)穩(wěn)定性奠定了良好的基礎(chǔ)，也為解析形式大信號(hào)穩(wěn)定性判據(jù)的提出提供了可能。
　　在DC-DC級(jí)聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方面，本文采用李雅普諾夫線性化方法及混合勢(shì)函數(shù)理論分別對(duì)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的小信號(hào)和大信號(hào)穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。出于簡(jiǎn)化分析的目的，采用回轉(zhuǎn)器統(tǒng)一大信號(hào)模型和恒功率負(fù)載分別對(duì)系統(tǒng)中的源、負(fù)載變流器進(jìn)行替代?；谠摵?jiǎn)化級(jí)聯(lián)系統(tǒng)及李雅普諾夫線性化方法，本文提出了解析形式的小信號(hào)穩(wěn)定性判據(jù)。該判據(jù)僅需較

5、少的參數(shù)即可對(duì)穩(wěn)定性情況進(jìn)行判斷，避免了復(fù)雜的阻抗計(jì)算過(guò)程。同時(shí)，本文基于混合勢(shì)函數(shù)理論得到了級(jí)聯(lián)系統(tǒng)在大信號(hào)擾動(dòng)下保持穩(wěn)定運(yùn)行所需滿足的充分條件，即解析形式的大信號(hào)穩(wěn)定性判據(jù)。由于分析時(shí)基于相同的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，故可將大、小信號(hào)判據(jù)合二為一，得到了級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的統(tǒng)一穩(wěn)定性判據(jù)。當(dāng)該判據(jù)成立時(shí)，系統(tǒng)在大、小信號(hào)擾動(dòng)下均能穩(wěn)定運(yùn)行，從而使設(shè)計(jì)過(guò)程得以簡(jiǎn)化。同時(shí)，本文對(duì)負(fù)載變流器響應(yīng)速度較慢、不具備等效為恒功率負(fù)載條件的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性也進(jìn)行了研究

6、，并得到了相似的結(jié)論。為方便應(yīng)用，仍可采用上述統(tǒng)一穩(wěn)定性判據(jù)對(duì)該類(lèi)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分析。
　　本文第四章將提出的回轉(zhuǎn)器統(tǒng)一大信號(hào)模型和級(jí)聯(lián)系統(tǒng)大信號(hào)穩(wěn)定性理論研究成果應(yīng)用于直流母線補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種直流母線電壓補(bǔ)償控制策略。該策略從大信號(hào)的研究角度出發(fā)，根據(jù)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的具體情況對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。且該策略由混合勢(shì)函數(shù)理論的穩(wěn)定性定理推導(dǎo)得出，從理論上保證了加入補(bǔ)償裝置后整個(gè)系統(tǒng)在大信號(hào)擾動(dòng)下的穩(wěn)定性。此外，該控制策略還具有一定的普適性，