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提高级联系统稳定性的有源阻尼模块研究与设计文献综述

 2020-04-24 09:40:25  

1.目的及意义

目的及意义

随着电力电子技术的作用日渐突出,人们对电力电子产品的需求也日益增多。但开发周期长、效率低,限制了电力电子产品成本的降低以及可靠性的提升。因此,电力电子系统的集成成为上述问题的主要解决方案[1]。分布式电源系统的可靠性高、易于实现模块化,在电力电子集成系统中正在得以广泛应用。虽然其优势明显,但它同时存在稳定性问题。有时会出现独立工作的电源子模块都稳定运行,但在级联后整个系统性能下降甚至不稳定的情况[2]。当负载变换器的能量转换效率做得很高并且拥有理想的负载调节功能时,对源变换器而言负载变换器可近似看成恒功率负阻抗型负载。由负载变换器的高效率以及理想调节功能带来的负输入阻抗效应给分布式系统造成了稳定性隐患,这时就需要对DC/DC 变换器的级联系统稳定性进行研究以确保模块集成后的稳定性。在 DC/DC 变换器系统中,系统的稳定性是一项重要的研究内容。对于整个系统而言,即使保证每一个标准模块都能稳定可靠运行,由于模块间复杂的相互作用,系统还是可能出现不稳定情况。因此只有预先从设计角度对级联系统的稳定性做出分析,才能有效排除系统潜在的不稳定因素,保证所设计的系统能够稳定运行。

电力电子装置的开关转换器输入侧通常会加入输入滤波器[3]。该滤波器会抑制输入电流中的开关谐波,当输入电压出现突变时,输入滤波器可以有效改善DC-Link电压的瞬态过程,从而提高系统的可靠性。但是,当使用无阻尼的输入滤波器时,由于输入滤波器和后级变换器系统阻抗的共同作用,可能引起DC-Link的不稳定性问题。有源阻尼的方法通过改变系统控制器结构,从而改变系统结构,有效地解决了恒功率负载具有的负阻抗特性给系统带来的不稳定性问题,而且不増加系统的任何额外功耗,同时易于理解、容易实现,可以广泛应用。

研究现状

有源阻尼实质是一种虚拟阻抗法,只是其通常应用于反馈环路中,在电路模型中,相当于给电感或者给电容串联或者并联一个虚拟电阻,从而起到阻尼滤波器谐振尖峰的作用[4]

Pekik Argo Dahono于2003年提出一种阻尼整流器输入滤波器震荡的控制方法,通过给电感或者电容串联或者并连一个虚拟电阻来阻尼震荡,且不产生额外的功率损耗[5]

随后DahonoP,Bahar Y,SatoY等人运用等效变换原则对无源阻尼法和有源阻尼法进行对比,对比显示基于电容电流反馈的有源阻尼法和通过给电容并联电阻的无源阻尼法效果是相同的[6]

以此为基础,鲍陈磊通过对并网逆变器模型的建立,分析了反馈电容电流对系统谐振的阻尼影响,提出了一种电容电流有源阻尼反馈控制策略,并且详细给出了有源阻尼参数的设计过程[7]

2009年RahimiA.M., Emadi A.等人通过对DC/DC变换器建模分析,应用电感串联电阻的方法来减小恒功率负载引起的震荡问题,并且提出一种基于虚拟阻抗控制的有源阻尼方法来代替串联的电阻,最后把此方法应用于Buck变换器,证明了所提方法的正确性与可行性[8]

之后Y. Li,P.jia, T. Q. Zheng等人提出一种新型的有源阻尼控制方法来改变DC-DC变换器的输出阻抗,通过给对变换器进行小信号建模,从减小了变换器的输出阻抗的考虑出发,给变换器输出端并连一个虚拟电阻。由于虚拟电阻只存在小信号模型中,所以并不影响系统稳态工作点。最后应用在Buck变换器和级联系统中,亦验证了方法的正确性[9]

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