多变换器模块串并联组合系统 [Series-Parallel Conversion Systems Consisting of Multiple Power Electronics Converter 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　多变换器模块串并联组合系统是指将多个标准化电力电子变换器模块在输入侧和输出侧分别进行串联或并联，以构成满足不同需求的电力电子变换系统，该系统具有降低开发难度、方便扩容、实现系统冗余、提高可靠性等优点。《多变换器模块串并联组合系统》重点阐述分别以DC-DC变换器和DC-AC逆变器为基本模块的多变换器模块串并联组合系统的控制技术，分析了各模块输入均压／均流与输出均压／均流之间的关系，揭示了输入／输出均衡（均压／均流）控制与系统稳定性之间的关系，并提出了通用控制策略，实现了输入／输出均衡稳定控制及其与系统输出电压控制的解耦。针对输入串联型DC-DC变换器系统，进一步提出了基于输出电压上翘特性的无互联输入均压控制策略，有效提高了系统可靠性。针对输入串联型DC-AC逆变器系统，基于通用控制策略，提出了复合式均衡控制方法，即在控制输入均压的同时控制输出电流／电压相位相同，从而实现输入均压和输出均流／均压。提出了极端负载条件下输入串联型多变换器模块系统的输入均压控制策略。
　　《多变换器模块串并联组合系统》是一本理论分析与工程设计相结合的专著，可作为高校电力电子技术专业及相关专业的硕士生、博士生和教师的参考书，也可供从事直流电源、逆变器和电力电子变压器研究开发的工程技术人员参考使用。

作者简介

　　阮新波，1996年在南京航空航天大学获电力电子技术博士学位，而后留校任教，2002年破格晋升为教授。2008年至2011年在华中科技大学工作，受聘为教育部长江学者特聘教授。长期从事电力电子与电力传动方面的研究，研究领域包括功率电子变换技术、航空航天电源、新能源供电系统和电力电子系统集成。获得教育部高校自然科学一等奖1项，省部级科技进步奖二等奖2项、三等奖3项；出版专著6部，发表论文300多篇，其中被SCI收录100余篇。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 电力电子技术的发展现状和趋势
1．2 电力电子系统集成
1．2．1 元器件级集成
1．2．2 模块级集成
112．3 系统级集成
1．3 DC-DC变换器串并联组合系统
1．3．1 IPOP系统
1．3．2 IPOS系统
1．3．3 ISOP系统
1．3．4 ISOS系统
1．4 DC-AC逆变器串并联组合系统
1．4．1 DC-AC逆变器
1．4．2 IPOP逆变器系统
1．4．3 IPOS逆变器系统
1．4．4 ISOP逆变器系统
1．4．5 ISOS逆变器系统
1．5 本章小结

第2章 DC-DC变换器串并联组合系统通用控制策略
2．1 输入均压／均流与输出均压／均流的关系
2．1．1 IPOP系统
2．1．2 IPOS系统
2．1．3 ISOP系统
2．1．4 ISOS系统
2．2 系统稳定性分析
2．2．1 输入均压／均流控制策略
2．2．2 输出均压／均流控制策略
2．3 DC-DC变换器串并联组合系统的通用控制策略
2．4 DC-DC变换器串并联组合系统的模块化
2．5 实验验证
2．6 本章小结

第3章 ISOPDC-DC变换器系统的数学建模及闭环参数设计
3．1 基于全桥变换器的ISOP系统小信号建模
3．1．1 全桥变换器小信号模型
3．1．2 基于全桥变换器的ISOP系统小信号模型
3．2 基于全桥变换器的ISOP系统的解耦控制
3．3 闭环参数设计
3．3．1 输出电压闭环设计
3．3．2 输入均压闭环设计
3．4 通用控制策略实验验证
3．5 ISOP系统三环控制策略
3．5．1 正阻特性单元
3．5．2 输入均压环的设计
3．5．3 实验验证
3．6 本章小结

第4章 基于输出电压上翘特性的无互联输入均压控制策略
4．1 基于输出电压上翘特性的无互联输入均压控制策略推导
4．2 基于输出电压上翘特性的输入串联型组合系统的基本特性
4．2．1 ISOP系统
4．2．2 ISOS系统
4．3 系统稳定性分析
4．4 实验验证
4．4．1 ISOP系统的实验结果
4．4．2 ISOS系统的实验结果
4．5 本章小结

第5章 DC-AC逆变器串并联组合系统的通用控制策略
5．1 输入均压／均流与输出均压／均流的关系
5．1．1 IPOP逆变器组合系统
5．1．2 IPOS逆变器组合系统
5．1．3 ISOP逆变器组合系统
5．1．4 ISOS逆变器组合系统
5．2 DC-AC逆变器串并联组合系统的稳定性分析
5．2．1 复合式均衡控制策略
5．2．2 输出均压／均流控制策略
5．3 DC-AC逆变器串并联组合系统的通用均压／均流控制策略
5．4 本章小结

第6章 ISOPDC-AC逆变器系统的复合式均衡控制策略
6．1 ISOP逆变器系统中逆变器模块主电路拓扑的选择
6．2 复合式均衡控制策略的具体实现
6．3 系统控制闭环设计
6．3．1 输入均压环和系统输出电压环的解耦分析
6．3．2 前级直流变换器环路设计
6．3．3 输入均压环设计
6．3．4 系统输出电压环设计
6．4 仿真验证
6．5 实验验证
6．5．1 稳态实验
6．5．2 动态实验
6．5．3 输出电流反馈和输出滤波电感电流反馈的比较
6．6 分布式均压均流控制策略
6．7 本章小结

第7章 ISOSDC-AC逆变器系统的复合式均衡控制策略
7．1 复合式均衡控制策略的实现方案
7．2 复合式均衡控制策略的解耦分析
7．3 系统控制闭环设计
7．3．1 输出电压闭环的分析与设计
7．3．2 前级直流变换器环路和输入均压环的设计
7．4 仿真及实验验证
7．5 ISOS逆变器的分布式控制策略
7．6 本章小结

第8章 IPOPDC-AC逆变器系统的改进型平均电流控制策略
8．1 DC-AC逆变器的电流三态滞环调制及其外特性改善方案
8．1．1 电流三态滞环调制的基本原理
8．1．2 逆变器模块的输出电压特性的改善
8．2 IPOPDC-AC逆变器的系统结构及控制方案
8．2．1 系统结构
8．2．2 控制方案
8．3 实验验证
8．4 本章小结

第9章 极端负载条件下ISOP系统的输入均压控制
9．1 极端负载条件下ISOP系统不能实现输入均压的原因
9．2 极端负载条件下的输入均压控制策略
9．2．1 改变输入均压环权值
9．2．2 辅助均压电路
9．3 仿真和实验验证
9．4 本章小结
参考文献

前言/序言

　　多变换器模块串并联组合系统是指将多个标准化电力电子变换器模块在输入侧和输出侧分别进行串联或并联，以构成满足不同需求的电力电子变换系统，该系统具有降低开发难度、方便扩容、实现系统冗余、提高可靠性等优点。根据联接方式不同，多模块串并联组合系统可以分为四种基本类型：①输入并联输出并联（input-parallel output-parallel，IPOP）；②输入并联输出串联（input-parallel out-put-series，IPOS）；③输入串联输出并联（input-series output-parallel，ISOP）；④输入串联输出串联（input-series output-series，ISOS）。每类多模块串并联组合系统都有其特定的应用场合：IPOP系统适用于输出电流较大的场合，IPOS系统适用于输入电压较低而输出电压较高的场合，ISOP系统适用于输入电压较高且输出电流较大的场合，ISOS系统适用于输入电压和输出电压均较高的场合。
　　2003年，针对高输入电压的应用场合，我们开始ISOP DC-DC变换器组合系统的研究，主要目的是希望降低开关管的电压应力，以方便选取合适的开关管。ISOP DC-DC交换器组合系统的关键问题是实现各模块的输入均压和输出均流。坦率地讲，当时我们并没有特别关注各模块的输入均压和输出均流之间的关系，以为只要实现各模块的输出均流即可。但是，在实验验证过程中，我们发现采用输出均流控制既无法实现输出均流，也无法实现输入均压。我们开始反思只采用输出均流控制是否存在问题，由此开始分析各模块的输入均压和输出均流之间的关系，探讨只采用输出均流和只采用输入均压时系统的稳定性，并得到了有益的结论。在此基础上，我们将研究范围扩展到以DC-DC变换器为基本模块的多变换器串并联组合系统，并进一步扩展到以DC-AC逆变器为基本模块的多变换器串并联组合系统，由此对多变换器串并联组合系统有了较深入和系统的研究。基于所取得的研究成果，我们在IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics、中国电机工程学报、电工技术学报等国内外重要期刊上和国际会议上发表了一系列论文。鉴于这些论文散落于各种学术期刊和会议论文集中，我们决定将它们进行整理成书，全面系统地阐述多变换器串并联组合系统的控制技术。
　　本书共9章。第1章介绍多模块串并联组合系统的主要分类和特点，回顾以DC-DC变换器和DC-AC逆变器为基本模块的各类多模块串并联组合系统的控制技术。第2章至第4章针对以DC-DC变换器为基本模块的多变换器模块串并联组合系统，阐述其控制技术。其中第2章分析各模块输入均压／均流与输出均压／均流之间的关系，揭示输入／输出均衡（均压／均流）控制与系统稳定性之间的关系，并提出通用控制策略，实现了输入／输出均衡稳定控制及其与系统输出电压控制的解耦；第3章以采用移相控制全桥变换器为基本模块的ISOPDC-DC变换器系统为例，给出了输入均压闭环和系统输出电压闭环的参数设计方法；第4章提出了一种基于输出电压上翘特性的输入串联型DC-DC变换器系统无互联输入均压控制策略，有效提高了系统可靠性。第5章至第8章则是阐述以DC-AC逆变器为基本模块的多变换器模块串并联组合系统的控制技术。其中第5章分析各模块输入均压／均流与输出均压／均流之间的关系，揭示输入／输出均衡（均压／均流）控制与系统稳定性之间的关系，并提出通用控制策略，实现了输入／输出均衡稳定控制及其与系统输出电压控制的解耦；由于DC-AC逆变器输出的是交流电，与DC-DC变换器输出直流电不同，其通用控制策略不仅要考虑有功功率的均衡，还要考虑无功功率的均衡，为此第6章和第7章分别针对ISOPDC-AC逆变器系统和ISOSDC-AC逆变器系统，分别提出了其复合式均衡控制策略，即在控制输入均压的同时控制输出电流（ISOP系统）／电压（ISOS系统）相位相同，从而实现输入均压和输出均流／均压；第8章针对IPOPDC-AC逆变器系统，通过合理引入负载电流前馈，不仅有效改善了系统的输出外特性，并可实现输出限流功能。第9章针对输入串联型多变换器模块系统，提出了轻载（甚至空载）和输出限流（甚至短路）等极端负载条件下的输入均压控制策略。
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