模块化三端口变换器研究

• 作 者: 曹锋
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 三端口变换器 解耦控制 模块化 能量管理 控制

三端口功率变换系统在新能源发电、航天电源系统等方面得到了广泛应用。三端口变换器由于其高功率密度、高效率、低成本等特点，正成为研究的热点。由于三端口变换器功率支路的复用，其控制回路之间存在相互耦合。本文对环路耦合问题进行研究，并通过准解耦控制实现近似解耦。为了进一步提高三端口变换器功率等级，并拓展其应用范围，对其模块化进行了研究。以同步整流式半桥三端口变换器为例，简单分析了三端口变换器工作原理及闭环控制策略。在对变换器小信号建模的基础上，分析其控制环路之间的耦合关系。给出一种解耦控制方法，并从频域上对解耦原理进行了分析。在解耦的基础上，对变换器控制环路参数进行优化设计。最后通过实验，对三端口变换器的稳态及动态特性进行了测试，验证了工作原理、闭环控制策略及解耦控制策略的正确性。对三端口变换器模块化进行了研究，采取合理的闭环控制策略及能量管理策略，以实现多模块并联系统在各种条件下功率的合理分配。首先，研究三端口变换器三端并联，即输入端、储能端、输出端同时并联，对三端并联系统结构、工作模式、闭环控制策略及能量管理策略等方面进行分析。并通过实验，对三端并联系统的稳态及动态性能进行测试。第二，研究三端口变换器两端并联，以分布式供电系统(储能端及输出端并联)、分布式负载系统(储能端及输入端并联)两种架构方式为例，对并联系统的运行原则、工作模式、闭环控制策略及能量管理策略等方面进行分析，并采用一种简单、有效的能量管理策略。通过实验，对两种并联系统的稳态及动态性能进行了测试。实验结果验证了闭环控制策略及能量管理策略的正确性和有效性。