[发明专利]一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法

说明书

本发明提供一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法，属于高压直流电源和电压电流控制相关技术领域。高压直流电源IPOS组合系统在正常工作时，电压外环在每个开关周期对系统输出电压和各模块输出电压进行采样，通过PI控制策略对系统输出电压进行调节，同时实现输出均压；电流内环主要是采用无差拍控制策略对系统中逆变模块输出电流进行控制，减小电流波形的畸变率，提高系统瞬时响应速度。本发明中的控制方法不仅可获得高电压大功率，而且减小了输入侧开关的电流应力和输出侧器件电压应力，同时加快了动态响应速度，提高了控制精度。本发明适用于要求高输出电压和快速动态响应的高压直流电源。

技术领域

本发明属于高压直流电源和IPOS组合系统控制相关技术领域，涉及电压电流控制方法的设计，尤其涉及一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法。

背景技术

高压直流电源在各行各业需求量日益增大，但是在一些高电压和大功率的场合，单个电源显然不能满足要求，因此出现了IPOS(输入端并联，输出端串联)组合方式。这种组合方式可由低压输入获得高压输出，且只要保证输入均流、输出均压，就可实现各模块输出功率相等，保证系统稳定长期的运行。同时，这种组合方式还有效地降低了输入输出侧开关应力，相较于单个电源独立运行，各模块输出功率减小，可靠性变高。

分析近年来应用于高压直流电源的多种控制方式，有采用纯PI控制策略控制其系统输出电压，以增强系统的稳定性；有采用自适应-PID控制方式，使得系统动态性能良好，对参数变化有较强的鲁棒性；有采用准比例谐振控制逆变器的电流，消除系统稳态误差。而当多个高压直流电源通过输入端并联、输出端串联变成IPOS组合系统时，因需要保证输入端均流、输出端均压，因此为保证输出均压效果好且可实现精确调压，可选用以下几种控制方式：有采用将同一占空比直接送入各模块，但因实际运行时各模块参数很难做到完全一致，因此该方法虽然简单易操作，但无法保证输出均压；有各模块共用输出电压环且每个模块均有各自输入电流环的控制方式；由最高电压均压控制策略，即选择系统中电压最高的模块作为基准模块，其余模块的电压与之进行比较，最终将各个偏差信号叠加到各模块电压环的输出，以调节其输出电压。而本文基于高压直流电源系统和IPOS组合方式的特点，提出了无差拍控制和PI控制结合的策略，并对其进行了理论分析和仿真验证。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数字化高压直流电源IPOS组合系统控制方法的设计，电压闭环、均压闭环通过对系统输出电压、各模块输出电压进行实时采样，实现对输出电压的调节，同时可实现各模块输出均压，减小输出侧电压应力；电流闭环主要实现对系统中逆变模块电流的实时跟踪、调节，加快系统的动态响应速度，提高控制精度。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：确定控制策略

系统采用PI-无差拍复合控制策略，各闭环分别为实现系统输出电压稳定的电压闭环、实现各模块输出均压的均压闭环和提高动态响应速度及实现各模块电流限制、短路保护的电流闭环。其中，电压闭环、均压闭环使用PI控制策略，控制系统输出电压、各模块输出电压；电流闭环使用无差拍控制策略，控制系统中逆变模块输出电流。

步骤二：分析IPOS组合系统小信号模型

通过Buck变换器小信号等效电路做适当变换，得到直流电源系统的小信号模型，再使其输入端并联，输出端串联，得到IPOS组合系统小信号模型。通过模型分析，推导出IPOS系统的各个传递函数。

系统输出电压传递函数：