级联式DC/DC变换器输出阻抗的优化设计与稳定性

级联式DC/DC变换器的稳定性是分布式供电系统设计中的重要问题.本文通过仿真和实验研究了单个DC/DC变换器的闭环输出阻抗的特性,提出源变换器输出阻抗的优化设计准则;在分析容性负载对变换器性能影响的基础上得出母线滤波电容的设计原则;并对实际的级联式DC/DC系统进行改进,采用注入电压源扰动法测试阻抗比,分析了系统的稳定性.实验结果表明,阻抗比的优化设计可以保证级联系统的稳定性.     

Boost DC/DC变换器输出阻抗研究

在直流微电网中,变换器是一个极其重要的单元,对其阻抗特性及稳定性研究很关键。文章基于Boost DC/DC变换器,从电路参数(电感电容等)的角度,在连续导电模式下,根据控制方式的不同对其输出阻抗进行小信号建模,进而理论和实验相结合分析输出阻抗的特性,为制定微电网直流分布系统中变换器的阻抗标准提供了参考依据。最后搭建的一个级联式DC/DC变换器系统对阻抗比(前级输出阻抗与后级输入阻抗模之比)进行测量,并根据阻抗比稳定性判据对系统的稳定性进行判断。分析组成级联系统负载级的线路参数对系统稳定性的影响,总结规律与结论,从而对直流微电网进行稳定性分析。     

电压调整单元双有源桥级联系统的阻抗匹配优化设计

具有电压调整单元(VAU)的双有源桥(DAB)直流变换器是解决宽电压输入时电感电流应力问题的方案之一,然而VAU-DAB存在级联稳定性问题.该文分别推导前级VAU输出阻抗模型和后级DAB输入阻抗模型,在复频域下根据禁区概念阻抗稳定性判据分析级联系统阻抗比,研究阻抗特性对级联系统稳定性的影响.由于VAU输出阻抗谐振峰值与DAB输入阻抗存在交叉点,使级联系统由于阻抗不匹配而导致系统电压振荡失稳.在此基础上,该文基于阻抗匹配准则,提出一种基于超前-滞后的阻抗优化调节器用以抑制VAU输出阻抗谐振尖峰,使级联系统阻抗比满足稳定性判据,提升了系统运行可靠性,并优化了电流应力.最后通过仿真验证了该文提出阻抗优化调节策略的有效性及可行性.     

附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提升方法

源变换器和负载变换器的相互作用会导致级联DC-DC变换器的不稳定问题,因此,提升级联系统的稳定性很有必要。针对上述问题,将特征值灵敏度应用到级联DC-DC变换器的时域模型中,无需计算源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗,从时域角度提出了附加电感电流线性反馈控制的级联DC-DC变换器稳定性提高控制方法。同时,基于时域模型直观分析了新引入的控制变量对系统稳定性的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

大容量DC-DC变流器输出阻抗特性分析及应用

舰船低压变配电系统中的大容量电力电子设备级联后,可能由于阻抗不匹配而导致电压振荡失稳.为了探究影响电力电子级联系统静态稳定性的因素,该文针对大容量DC-DC变流器进行建模和阻抗特性分析.首先,基于开关网络平均法建立变流器的小信号模型,推导出相应的输出阻抗模型.在此基础上,根据阻抗比判据进行稳定性原理分析,明确变流器输出阻抗幅值的峰值是造成阻抗不匹配的主导因素.进一步地,通过探究不同运行模式下变流器控制方式、控制参数和滤波器参数对输出阻抗幅值的影响,为改善系统静态稳定性找准优化的方向.最后,通过PSCAD/EMTD仿真和试验验证了该文稳定性分析的正确性.     

含均流环DC-DC变换器并联系统输出阻抗获取方法的研究

由于均流环的使用,变换器并联存在着稳定性问题,同时也给典型的变换器混联系统的稳定性分析带来困难。通过推导和化简工作,提出了含均流环DC-DC变换器并联系统输出阻抗的获取方法。该方法通过测量并联系统中各变换器使用特定的均流通讯线连接方式单独运行时的输出阻抗,并使用推导所得的公式得到各变换器在并联运行时的输出阻抗及并联系统总输出阻抗。所得到的输出阻抗可以用于整个混联系统的稳定性分析,并为该类型的电源系统产品节约了设计时间和成本。     

含均流环DC-DC变换器并联系统输出阻抗获取方法的研究

由于均流环的使用,变换器并联存在着稳定性问题,同时也给典型的变换器混联系统的稳定性分析带来困难.文中通过推导和化简工作,提出了含均流环DC-DC变换器并联系统输出阻抗的获取方法.该方法通过测量并联系统中各变换器使用特定的均流通讯线连接方式单独运行时的输出阻抗,并使用文中推导所得的公式得到各变换器在并联运行时的输出阻抗及...     

分布式供电系统中源变换器输出阻抗的研究

随着功率电子变换技术的发展,构建大型电力电子供电系统越来越多地采用模块集成的方式。美国海军提出的电力电子积木的概念对模块级的系统集成做出了很大贡献。该文提出一种新颖的系统集成的观点,即从系统级的高度将分布式供电系统中的源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的移相全桥DC-DC变换器为例,对输出阻抗进行了模型验证,并详细分析了输出阻抗的特点。为了便于将来制定出Buck类DC-DC模块的输出阻抗的标准,通过实验揭示了移相全桥DC-DC变换器的输出阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。     

优化负载变换器输入阻抗的输入电流内环控制方法

为提高级联系统的稳定性,应尽量减小源变换器输出和负载变换器输入阻抗的交集区。一方面,尽量减小源变换器的输出阻抗;另一方面,尽量增大负载变换器的输入阻抗。基于DC-DC变换器的一般性小信号模型,提出以平均输入电流环为内环、输出电压环为外环的双环控制方法,分析在这种控制方式下影响变换器输入阻抗的因素,并给出改变内环电流采样系数前后变换器输入阻抗的量化计算过程。分析表明,当电流内环的截止频率大于电压外环截止频率时,增大电流采样系数,能够提高电流内环环路增益,有效增大负载变换器的输入阻抗。从而在级联系统中,能够有效减小负载变换器的输入阻抗与源变换器输出阻抗的交集,提高级联系统的稳定性。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

级联变换器系统的小信号模型及稳定性判据

分布式电源系统在电动汽车、工业控制、通讯等行业得到大量应用。级联是分布式电源系统中各变换器的一种典型连接方式,由于变换器之间的交互影响,可能导致级联变换器系统出现稳定性问题。目前的研究主要集中于电压-电压型级联变换器系统的稳定性分析、阻抗测试及设计方面。该文的目的在于系统地研究各种类型级联变换器系统的小信号模型,在此基础上得出各自的稳定性判据。首先建立了电压源型及电流源型变换器的二端口小信号模型。然后根据级联变换器系统中源变换器及负载变换器的类型,将级联变换器系统分为电压-电压型、电压-电流型、电流-电压型以及电流-电流型这4类,分别建立了它们的小信号模型,并得出了相应的稳定性判据。最后以电压-电压型级联变换器系统为例,通过将仿真及理论计算结果进行对比分析,验证了所建立的小信号模型的正确性。     

电流闭环对三相PWM变流器输出阻抗的影响分析

三相PWM变流器输出阻抗对其输出特性以及并网系统稳定性有着重要的影响。现有阻抗的研究多集中关注由变流器输出阻抗导致的交互影响问题,而对变流器本身输出阻抗特性分析较少。以三相PWM整流器为例,用小信号方法建立了整流器的开环阻抗模型以及考虑电流环和锁相环之后的阻抗模型,分析了电流环的引入对整流器阻抗的影响以及电流环参数与阻抗的关系。结果表明,与开环控制相比,引入电流环之后整流器的导纳幅值整体减小,在低频段减小的幅度与电流控制器的积分参数有关,在高频段减小的幅值与电流控制器的比例参数有关。仿真结果验证了分析方法的有效性和分析结果的正确性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析及其改进方法

虚拟惯性控制可以增强直流微电网的惯性,防止直流母线电压突变,但其对系统稳定性的影响还不明确。以基于虚拟惯性控制的直流微电网为研究对象,推导并网换流器和恒功率负载的小信号模型,得到电源侧输出阻抗和负载输入阻抗。根据频率分析法和阻抗匹配准则,分析虚拟惯性系数和恒功率负载对系统稳定性的影响。从阻抗匹配的角度出发,提出串联虚拟阻抗减小电源侧输出阻抗,从而提高系统稳定裕度。     

考虑直流侧动态的跟网型变换器稳定性分析

目前大部分关于并网变换器的研究忽略直流侧动态,在直流侧使用恒定电压源,一定程度上影响小干扰稳定性分析。本文主要考虑直流侧动态对跟网型变换器进行建模及稳定性分析。首先,分析了新能源场站并网系统直流侧可等效为电压源和受控电流源的适用条件,论证了并网变换器建模时考虑直流侧动态的必要性。随之建立了考虑直流侧动态的跟网型变换器谐波状态空间 (harmonic state-space, HSS) 阻抗模型。其次,在不同电网强度下,通过伯德判据对不同直流侧结构的系统进行稳定性分析,揭示了电网强度对跟网型变换器稳定性的影响机理。然后,分析了锁相环、电流环、滤波环节对系统阻抗特性的影响。理论分析与电磁暂态仿真结果表明弱电网条件下,锁相环与电网呈现强交互作用,降低了系统的小干扰稳定性,考虑直流侧动态的系统临界短路比更大。     

基于谐波线性化的模块化多电平换流器阻抗建模

模块化多电平换流器(MMC)的小信号阻抗建模是分析含MMC的电力系统谐振及稳定性的关键。MMC是一个多频率、非线性、周期性时变的系统,具有复杂的内部动态特性,传统的小信号建模方法无法直接用于MMC。采用谐波线性化法对MMC的交流侧小信号阻抗进行建模,计及谐波环流和电容电压稳态纹波的影响,并揭示了环流控制对MMC交流侧阻抗的作用机理。利用MATLAB/Simulink搭建三相MMC详细时域仿真模型,仿真测量结果验证了解析模型的正确性。     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

直流微电网中变换器阻抗特性及系统稳定性研究

针对直流微电网中变换器阻抗特性及稳定性问题,从系统级高度将变换器的输出阻抗作为研究对象,对适用于光伏系统中的连续导电模式（CCM）下Boost型变换器进行小信号建模,得到变换器的开环输出阻抗。分析了变换器在下垂控制方式下的闭环输出阻抗的小信号模型及其影响因素,总结出规律性结论,便于对直流微电网的稳定性进行分析。最后,根据阻抗比判据,分析了线路中不同寄生电容对系统稳定性的影响。仿真结果验证了上述分析的正确性。     

采用下垂控制的直流配电网小干扰稳定性分析

下垂控制是直流配电网的一种重要控制方式。推导了计及换流器时间常数的电压源型换流站本地控制数学模型及其线性化的小干扰分析模型。结合站间协调控制,分析了下垂控制的通用小干扰分析模型及两种典型情况。依据换流站小干扰分析模型,设计了小干扰等效阻抗模型,可将多端直流配电网逐端简化为单端换流站与若干小干扰等效阻抗组成的系统。最后利用根轨迹方法定量讨论了两种下垂控制方式的小干扰稳定性及其影响因素,并通过PSCAD/EMTDC数字仿真软件进行了验证。