電力電子變壓器隔離級并聯(lián)雙有源變換器的控制與建模研究.docxVIP

1、9中*-8合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版)UbURSbHE1曰UCIVEFTTTwoTB2H(oo*w電力電子變壓器隔離級并聯(lián)雙有源變換器的控制與建模研究馬春艷段青劉君恐”劉海軍李玉凌施永4隔離級需要同時實現(xiàn)低壓直流母線電壓技制以及II塊電流均衡控制，對此，文章提出了采用低壓直流母線電壓外環(huán)和并聯(lián)模塊電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制姑構(gòu)+給出多雙有源橋并聯(lián)系統(tǒng)小信號建模方法翼立多雙有源橋變換器并聯(lián)的小信號模型少析了電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對系統(tǒng)特性的影響.為參數(shù)選取提供了理論依據(jù)+最后通過仿真分析驗證了所提控制方法的有效性和建模方法的準(zhǔn)確性+關(guān)鍵詞也力電子變壓器衣有源橋變換器控制方法遂模小信號分機(jī)中曲分類

2、號T文鼠林艮瑪A文章弟號GDfenBiQWOfc1O1QPNclGtW$PXMO1FSGTrcT3BreartSDcOPs1rro/srsqSdBrywpVAb,DUACGSnqulr-I|UHjT冬-KBaPAJRDOb*-OCf3到TCF3，。E1-棗瑪TkdtqEWKDRDgFQO蝦3IsEHaPDQSO亓AF?ERRpcT中整y時Gb-,X,AOryo,Ci-PT/T七ORv3EPi”POEl*F勺bBfc?FXl130Edg弋g0Q2HPa。EJCE1-eaORQA3bQfcP,FCECD,CPraxGteDC產(chǎn)mxaeQPQQrci?-feC?-fie?CFx-口PQQpri3|D

3、5ePBfSJ-saGESQFPeQerffl眼pRmmppxxfeiC3QGEfcePLirasC5咋女政5盤1wD1PcF矽tffpi35恣Pgg冶e*S?-feC?PPQSP-AgF?QQ|SZEKdlepitpXPWQQr(imW-療QGEoPCascQ)1rWd1多電力電子變壓器是一種通過電力電子變換技術(shù)實現(xiàn)電能變換的浙型智能變換器邪比于傳統(tǒng)電力變壓器n電力也子變壓器具有體積小-質(zhì)量輕控第N期ft斌舞既有預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載能力時變可靠度研究今9EC頁金&主田莆域醫(yī)技力筑時間艾H佛君自可靠建分&車關(guān)而親HHR咒PEI冒么品學(xué)會麻梁圳垮您l&分會氣狂年全國橋梁學(xué)木會認(rèn)訪攵桌T:京3

4、民交通黃垮您學(xué)艮SBB9C）卒巨r(nóng)ECRTHTVP-FCHrM5rtDQcufeps;EP1宙OA乜/&tqoO1*5(3s0F5Wi1BCteEeaBd5lGQ5benA小油.羅4-BTVcRIw曰rl3430041-UG也902-B-Et豆有翌蒞土麻巢君肉圣干it艾可辛度的許5研兄PB冥碧學(xué)大學(xué)對乒&DE4有公晶程每乒胡0）T.BI索莆t*X恭方蝴公麻樊割會#企&殳有軟如值Qr-*E-r5es$專家我員會吆岳林巢為用囹崇日式的直力混筏士荷支丁梁橋上*自茴I(lǐng)VH京玄民關(guān)/世版U”EB44-C4中交會黑*11&計修0宙.&溫蔑土艮我廢力易爰士橋活艮計斐五cJT*DJMMIMeet京iMImKt

5、t,-aj.-饋任編輯張淑艷）充DH國工程再學(xué)和弁4。尸冬4-BC10ftJS/魚帛別用梁車可有發(fā)的及會分布巨.率爆口?布華大學(xué)學(xué)換aH卻學(xué)版8二rin戶.COC玄建EJI*番號廢員力劣化曲氏有國缶思蒞土將維3i5OfjFro1REHSJETDSeEoEa崔第乜。頁&CA(E=?AJ=aoR-A1oeMvc?pcvnZFP時P，罰bPfc?gM50*f口的=盧ISS4_E-Ct?G童恙超威技K電系里電力電子支K若拓11也能苜技術(shù)R50）中冬一廂禺式1向全店DGOCt炭蚤的灼幸任制容也此故與分折dm1枝木學(xué)牌R）。二番您于直修相長甘的,有原昏DG-C殳佻簽的*關(guān)DB工技術(shù)學(xué)艮b號*矛*AFTE*

6、C匹SHBFARrcdboWGK33PODBQ-P30rtfeQjdC3fcP)ErQfcjOTb-t-CqHX5-Dt*VvHDI-XBAoVCmQ|dKQFVRSQDCrCfcjQ05-eCfeo1RvEteTtQ4D%gE1_Al-DoJL4-PL吳藉&45丘高列艾氐卷血冊與及計DHHitB5I大學(xué)知y-E4JrOVf偵任編輯張1HB-cpfc1GS&QQ25PDbQHPTfe-CWRDfcODQ-oosbUEsQiy-ETREKTtiQCBJ6)二性高等特點北方電子變壓器的諸多優(yōu)點使得大功率電力電子變壓器成為未來電力系統(tǒng)變eori方向u高氏大訪率電力也子變危器有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)廠般包含高壓

7、級誓離級和低壓級）個部分.高壓級常采用級聯(lián)H橋或者VVC等結(jié)構(gòu)腳離級變換器的選取上昶常采用OiHOORO8*卜肩日期24&9節(jié)00-JOIMS扣家電目公司鼻蒞資此項目-OUMW等攵為電力電子變壓器隔離級的控制器設(shè)計提供了理論依據(jù)十圖。中霸離級的控制目標(biāo)是維持低壓直流母線電壓的穩(wěn)定同時實現(xiàn)多個雙有源析變換器之間功率的均衡控制+。隔離級控制和建模分析NnIIgsa方法隔離級雙有源變換器中間采用高頻隔離變壓器頻變壓器的分布電容和漏感會對變壓器魄估產(chǎn)11府我鼎艾i（EE分折布也容主要影響變壓器輸出電壓上升沿的震蕩頻率和震蕩隔值表壓器漏感的大小也會影響變壓器輸出電壓上升沿的陡度和震蕩頻率以及幅值粉布阻容

8、和漏感主要影響的是變壓器輸出電壓的高頻響e直喝文就ehossjs費e*分布電容和漏感弓i起的震蕩響應(yīng)都在數(shù)百千赫茲以上Ofir電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)r電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本文采用的電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示北力電子變壓器包含高壓級推離級和低壓級）個部分+高壓級采用三相H橋級聯(lián)變換器結(jié)構(gòu)，隔離級采用雙有源橋變換器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)OS有SftDC/OO變OOEO壓級H橋單元直流電容相連接+各個隔離級雙有患橋DQ4DCOSOOEOO-起郭成低壓側(cè)直流母線+低壓直流母線連接低壓級三相逆變器氏壓級輸出可以連接分布式電源或者伊載等設(shè)備+模塊儲發(fā)脈沖I模塊2觸發(fā)叢而T調(diào)制2模塊3觸發(fā)脈沖礦調(diào)制N禮P1圖N隔

9、離級控制結(jié)構(gòu)樞圖V2FCf*.*=1DAB1TdAB2/DARViE4OOBgSgftwruWfiJE器分布參數(shù)對電流和電壓控制環(huán)路影響較小會過簡化騙離級多雙有源橋變換器并聯(lián)的控制框圖如圖=所示+為了分析方便*分析前對模型進(jìn)行了一定程度的簡化密略了分布電容胴時將高頻變壓器的漏感和外接電感一起等效到圖會中的里項匕模型會忽略掉隔離級變換器的高頻響應(yīng)特性疆是不影響本文的分析結(jié)果+為實現(xiàn)隔離級多雙有源析變換器之間的功率均衡和低壓級直流母線的電壓控制舞離級采用低壓直流母線電壓外環(huán)W有源橋變換器模塊電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)+下面對國2所示的控制結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和簡化+雙有源變換器的工作模態(tài)較多項果考慮開

10、關(guān)模型翼模過程和模型較為復(fù)雜孜獻(xiàn)0DXU開關(guān)痕本分折的基血上#出雙有耍變換器模塊周期平均模型懷文將以上述文獻(xiàn)中的周期平均模型為基礎(chǔ)罪立雙有源變換器模塊的數(shù)學(xué)模型和多雙有源變換器并聯(lián)的數(shù)學(xué)模型+圖N中的開o,oriaoo.分析探二個雙有源轎變換器的低壓側(cè)電流傳遞函數(shù)為：_lxrVAma一m)蕓=；H+1干1其中EMM8=為SOSOIOfiropMESMS為O1itSOEmMMK為#ftrOSO?TKOOO8;l感之和+為實現(xiàn)并聯(lián)雙有源橋變換器之間的功率均街電流內(nèi)環(huán)采用各個雙有源橋變換器電流獨立控制的方式真中第二個雙有源橋變狹器電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器表芭式為二、：IaJrm=、決-二)4)+t其中OOt

11、ftOz7rOiO變我器fflosoofiosooMOI;?I二個或有藕If變換薜元的ftEISOfi$為雙有兼U變相器瓣數(shù)tffKOUOSWMHlM參考值+隔離坂小信號建蒙研兄據(jù)上一節(jié)討論的隔離級變換器模型和控制環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)才節(jié)依次在各個環(huán)節(jié)加小擾動信號jj+gmoa-ntoff小信號擾動第到第二個雙有源橋模塊的小信號模型為二長_今=yrr*yOi!$MOftOiS招低壓側(cè)直流母線的電酉表達(dá)式為二V_Ro:N=RC.+*wO、其中FbOOIHIS。為低壓直流母發(fā)總4容京2為&莊償息電總A+景母+使；參，OOO9,可以將圖2的控制框圖簡化瑞離級簡化控制框e)圖如圖)所示+圖)隔離級簡化控制框圖

12、.耳ex)4斤小信號！t協(xié)josma電壓小信號模型為二A:圖中電壓乙的傳遞函骸為Z=(fA-V0)知P之成=RCE+5。r-*月理0X枝廳小扃號忱司中4$OOIaooemuStEfifi丁氏二1、分OOPIiMOItOSO.MS了為Fl目市器的賞分算子+4It導(dǎo)出成壓調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)的小信號傳遞函數(shù)+為了簡化模型詼推導(dǎo)前先建立電壓控制環(huán)節(jié)的承接性中間bq_v-VGTvrVs承接變量環(huán)節(jié)的小信號模型為二KA/n月0花行小信號此卻分折Ji6的An：=pt/q+iZV*iq=$費t*QOJf*qMOEOilO的關(guān)系為二6中，可推導(dǎo)出低壓直流母線電壓調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)的小信號模型為二=一nr即坦_.心-二0)a_p

13、氣甘該與小信號執(zhí)詢崔導(dǎo)出$個齊聯(lián)雙有源橋變換器電流控制環(huán)節(jié)承接性變量的小信號模型為二E砰N2_=M5X$L/V$ZMx$=-IN4后肖w頂計ff小信號代詢OOI個單元的電流環(huán)節(jié)小信號模型為二A*q=W頂-0項一。頂-CO頂午京；JO1$tOflO;OOI15+信號模型為：l_其中AtxoAMxC=O里$3做r/pexso-Mex$生俱Ox$yp&x$-生砰做$生該。X$-8F&X$：AX&X$1C次x$上述分析了$個雙有源橋變換器并朕的建(&08D)X模方法+下而將以個雙有源橋變換器并聯(lián)的情況為例對并聯(lián)雙有源橋變換器的小信號模型進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)特性分析+8oa7rSSOO#聯(lián)的小信號模型為

14、zAM(a*f，Or七b冬pxrApx&OxOxQc冷-MxOxOABfe*0XC-x-AABfe0X。00,x13$egx)1rAp0x)6Bex、)，a根據(jù)經(jīng)典控制理論”小信號模型的特征矩陣包含系統(tǒng)的全部信息曉夠反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性J態(tài)特性以及阻尼特性+可利用系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣?yán)L制系統(tǒng)的特征根分布迪過系統(tǒng)的所有特征根的分布情況對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析項察參數(shù)變化對系統(tǒng)特征根分布的影響才析參數(shù)對系統(tǒng)特性的I!旬JyOfiOJ1OI.在E.4EODOW1根軌跡如圖4所示+3器參數(shù)比較敏感+隨著電壓環(huán)比例系數(shù)的增大,低頻極點向遠(yuǎn)離實軸和虛軸的方向移動氐頻響應(yīng)速度有所提高舸時系統(tǒng)阻尼比減小氏頻響圓起用MOJR

15、OS-toK頻極點向遠(yuǎn)離虛軸的方向移動底統(tǒng)的穩(wěn)定裕度會有所增加）參數(shù)設(shè)計和算例分析OStt為驗證本文所提控制策略的有效性以及建搠If1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0OO,5VGTCP?成下蒞晝了由個IB同的雙有源橋變換器模塊并成而成的仿真模型+雙有源橋變換器模塊的參數(shù)分別為二輸入側(cè)直流/-n=iSIHVX/OVX/OV/n=43DV7=OnMOQKDM-10-9-8-7-6-5-4-3-2實部/10迎4Ki。日變化時I!機(jī)/支億甘擋iMn=alO?r=piH*+救照）臺雙有源橋變換器并聯(lián)系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器參費和電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)變換時系統(tǒng)特征根分布變化趨勢的分

16、析成代入上述參費后呵以選取系既的蜻節(jié)琴參費1a=0-000二了1.=占%=Ok=4SIT頊b與異與在EQDKDQDD應(yīng)W變化的根軌跡如圖5所示+-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10實部/IO?s、氏變化的的根M苴5O0一、案5O.O5.0-O1-從圖3中可以看出扃頻極點對電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)的變化相對不敏感頊低頻極點對電壓調(diào)圖4近取參數(shù)后的系統(tǒng)特征根分布-6-5-4-3-2-10實部/IO420-22亳曜-根分布如圖4所示+:IS真分折為驗證小信號建模分析結(jié)果唐先設(shè)置）臺SOOSOMIItOO&D羅O-主OVjifiMIfiSO參考IS在ONMt由。降為83DVJItOOMOOIITSTS勇

17、大到J=4QDD的titOOS?,從囹中可認(rèn)育出JOOOO浙出電壓3020rced電JOio阻尼增大/II上文的建模分析結(jié)果相符+(a)Kpv增大時輸出電壓響應(yīng)波形(b)K*增大時輸出電壓響應(yīng)波形用4F胃節(jié)賽身登變化R的腐枝=O&.OO真為驗證設(shè)計參數(shù)的準(zhǔn)確性以及控制算法的功率均衡效果成行臺并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電流控制以及低壓直流母線電壓控制穩(wěn)態(tài)運行仿真實驗+首先假設(shè)并聯(lián)雙有源析變換器兩端均為有源,SOUOOSMOSIS&D-&。季ov衛(wèi)feoiaoo&sa息電EMOQA頊。4=甘atooapda+uiag中電流波形如圖8所示+從圖8可以看出段換器輸出電流能夠?qū)崿F(xiàn)對參考電流的無靜差跟隨并且在)臺并聯(lián)

18、雙有源變換器能夠很好地實現(xiàn)功率均衡+/變換器1輸出電流-變換器2輸出電流變換器3輸出電流電流參考信號00.10.20.30.40.50.60.70.8z/s圖8)臺變糧器并聯(lián)時的輸出電流波形為驗證低壓直流母線電壓控制算法的有效住決ffiEIOPD*的貝費需播丘直耦發(fā)電氏V*OE卷變?yōu)?3DViE1fiOOgS形如圖9所示從圖9可以看出講聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓能夠?qū)崿F(xiàn)對指令電壓的穩(wěn)態(tài)無靜差跟隨證明了控制算法和參數(shù)設(shè)計的正確性+4結(jié)論本文針對電力電子變壓器中隔離級多雙有源橋變換器并聯(lián)運行時的低壓直流母線電壓控制以及模塊電流均街控制的何題星出了采用低壓直流母線電壓外環(huán)和模塊電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)+建立了完整的多雙有源橋并聯(lián)系統(tǒng)小信號模型