电力电子变换器多模块级联系统的稳定性分析方法研究

摘要

随着电力电子技术的广泛应用，电力电子系统逐渐趋于模块化，多模块的并联或串联可以灵活构成更复杂多样的电力电子装置，但是也给系统的稳定性分析带来了困难。模块串行级联结构是复杂电力电子系统的基本结构之一，本文着重研究电力电子变流器多模块级联系统的稳定性分析方法。 在现有两级源荷模块稳定性分析方法的基础上，提出将多级级联模块转化为两级源荷模块后，再利用现有阻抗比判据来分析，或将多级级联模块看作一个整体，求出其开环或闭环传递函数后，再利用奈奎斯特图来分析系统的稳定性。 首先，将级联子模块等效为一个二端口网络，定义了单个子模块的小信号模型及模型参数，包括输入输出阻抗以及输入输出电压或电流的传递关系。基于小信号模型的阻抗比特性，分析了传统两级级联系统的稳定性，并指出阻抗比分析法与经典反馈系统传递函数分析法之间的等价关系。 针对多模块串行级联系统的稳定性分析，给出了三种分析途径：利用子模块小信号模型及其级联关系，推导出整体级联系统的传递函数，进而采用经典控制理论迸行稳定性分析；或将多级级联系统通过子模块整合，重新划分为源荷两级系统，利用阻抗比函数进行稳定性分析；或利用子模块小信号模型推导出等价于系统开环传函的阻抗匹配表达式。提出了将两个级联的子模块等效为一个子模块时的等效模型参数计算方法，进而可由各个子模块的小信号模型参数得到将多级联模块化简为一个等效模块时的等效模型参数，为采用阻抗比判据分析多级级联系统稳定性提供了方法。 建立了DC-DC级联系统和AC-De级联系统的PSIM仿真模型和RT-LAB实验平台。针对具体应用示例，建立了子模块小信号模型，给出了不同参数下级联系统稳定性的理论分析结果与仿真实验结果，仿真实验结果与理论分析结果基本一致，表明了本文所提多级级联系统稳定性分析方法的正确可行性。

目录

1.绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2电力电子变流器级联系统稳定性问题研究现状

1.2.1直流级联系统中稳定性问题的研究现状

1.2.2交流级联系统中级联稳定性问题的研究现状

1.3本文主要内容

2.两级变换器模块级联系统的稳定性分析

2.1变流器子模块的分类及其小信号模型

2.2阻抗比判据与奈奎斯特稳定性判据的等价性

2.3本章小结

3.多模块级联系统的稳定性分析方法

3.1基于小信号模型的级联系统稳定性分析方法

3.2基于模型整合的三级级联系统稳定性分析方法

3.2.1级联二端口网络模型的整合

3.2.2从两级级联系统角度分析三模块级联系统稳定性

3.3多模块级联系统的阻抗匹配稳定性分析方法

3.4稳定性分析方法的比较

3.5本章小结

4. DC-DC多级级联系统稳定性的仿真分析

4.1 Buck电路的二端口阻抗模型

4.2级联系统稳定性判据

4.3级联系统的稳定性分析

4.3.1单模块稳定运行分析

4.3.2 LC参数和控制器参数对Buck输入输出阻抗的影响分析

4.3.3多模块级联系统稳定性分析方法应用于级联系统

4.4 RT-LAB实验验证

4.5本章小结

5. AC-DC级联系统的稳定性的仿真分析

5.1子模块变换器阻抗建模

5.1.1 AC-DC变流器直流侧阻抗建模

5.1.2 DC-DC变换器输入阻抗建模

5.2 直流侧AC-DC级联系统稳定性判据

5.3级联系统的稳定性分析

5.3.1子模块稳定性仿真验证

5.3.2整流器直流侧阻抗影响因素分析

5.3.3基于整流器直流侧阻抗的AC-DC级联系统稳定性分析

5.4 RT-LAB实验验证

5.5本章小结

6.总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果