[发明专利]一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法

摘要

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。

主权项

1.一种高压直流电源串并联组合系统的控制方法，高压直流电源包括整流模块、逆变模块、LCC谐振变换器、高频高压变压器；高压直流电源串并联组合系统包括多个高压直流电源输入端并联、输出端串联；其特征在于以下步骤：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变换，得到高压直流电源的小信号模型，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组合系统的各个传递函数；系统输出电压传递函数：其中，定义K表示变压器原副边匝数比，L_r表示谐振电感，f_s表示开关频率，V_in表示输入电压，C_f表示输出滤波电容，L_f表示输出滤波电感，R_cf表示输出串联等效电阻，R_Ld表示负载，s表示复参数；模块输出电压传递函数：步骤三：设计各个补偿环节(1)电压闭环：对得到的小信号模型进行解耦分析，得到电压闭环结构图，进而得到电压闭环的环路增益：T_voc(s)＝2K_voG_vd(s)G_vo(s)/V_pp其中，K_vo为输出电压采样系数，G_vd为输出传递函数，G_vo为PI调节器的传递函数，V_pp为三角波信号幅值；(2)均压闭环：对得到的小信号模型的解耦分析同样可得到均压闭环结构图，进而得到输出均压闭环的环路增益：T_vdc＝K_voG_vcd(s)A(s)/V_pp其中，K_vo为输出电压采样系数，G_vcd为PI调节器的传递函数，A(s)为模块输出电压传递函数，V_pp为三角波信号幅值；(3)电流闭环：对系统中逆变模块分析后，列写状态方程，进行离散化，可得电流闭环结构框图，进而电流闭环的环路增益及闭环传递函数：G(z)＝G_c(z)·G₁(z)·G₂(z)·G₃(z)其中，G_c(z)表示无差拍控制器传递函数，G₃(z)表示系统的延时环节，G₂(z)表示零阶保持器，G₁(z)表示被控对象函数，z表示复变量；步骤四：控制策略分析根据上述分析得到PI‑无差拍复合控制策略的结构图，进而得到此控制策略的闭环传递函数：其中，G_PI表示PI闭环传递函数，G_w表示无差拍控制闭环传递函数，G表示整流模块传递函数与负载传递函数的乘积，K_vo表示电压采样系数，v_o表示输出电压，v_ref表示参考电压。