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摘要：复杂电力电子系统的稳定性分析是电力电子集成系统的关键问题之一，尤其是大信号扰动下的稳定性。对直流分布式系统中最为常用的级联系统稳定性进行研究，基于Brayton.Moser混合势函数理论对其大信号稳定性特性进行分析，提出了解析形式的稳定性判据。所提出的稳定性判据形式简单，可在设计阶段为集成系统的稳定性设计提供理论依据，据此选择与系统需求匹配的功率模块，保证复杂系统的稳定性。实验结果验证了所提出稳定性判据的有效性。
关键词：高频 变换系统 大信号
一、概述
利用标准模块集成电力电子实际应用系统的系统集成方法，是电力电子技术的一个重要发展趋势，这一思想已经被应用到多个领域，尽管直流分布式电源系统已广泛应用，系统内的单个模块不受整体因素影响可以发挥作用，单个模块仍然能发挥作用，能独立工作，维持系统的稳定性，但是它也有问题存在，即稳定性问题，如果能解决这一问题，则更利于系统发挥作用，能稳定的提供电压电流等。简单的这种系统稳定性还好，但是如果是复杂的系统则稳定性始终是一个有待解决的问题。
目前通常采用计算机仿真来验证系统在大信号扰动下的稳定性，但是使用这种方法也有一定的局限性，要打破这种局限性也需要采取其他措施，系统模型是否精确也会对其稳定性产生影响，从而干扰实验结果。如果系统规模庞大，也会影响软件仿真，会给运行中的计算机系统造成影响，甚至会造成卡顿，计算机的性能也会对结果造成影响，影响其最终计算结果，因此必须创新，使用新的方法检验和分析。
二、大信号稳定性分析
（一）基于回转器理论的统一大信号模型
进行级联系统大信号分析的前提是建立有效的降阶大信号模型。回转器是一种最典型的功率守恒二端口网络模型，具有电压一电流对偶转换功能，可以实现电压和电流之间的相互转换，因此，回转器在电力系统中起着重要的作用，可以通过改变回转系数，调整其可变因素，来调节系统电流，所以，回转器非常适用于研究电流模式控制型DC/DC变流器的特性。
（二）级联系统大信号稳定性研究
在直流分布式电源系统中，需要更好的调节电源电压，使其获得更稳定的电流运输和传递，同时还要使系统的响应速度得到快速的提升，要达到这两个标准，就需要做出改变。靠近终端负载侧的变流器模块往往进行了良好的设计，使其能尽快发出信号同时提高其响应速度，以防止对系统中的其他部分产生消极影响，防止变流器在电流电压转换过程中所造成的干扰，在对电源系统中的这一部分作出了改进，使其响应速度在一定的时间内能按时完成，因此也更利于整个系统的正常运转。在电力的传递过程中，不可避免的会出现电力的消耗，所以我们假设在不考虑电的消耗的条件下进行分析，并且系统中的频率和电压保证在恒定数值上，变流器模块将从前级吸收恒定的功率，并在输入端1：3侧呈现出恒功率负载（CPL）特性。CPL具有典型的负阻抗特性，与纯阻性负载不同，因此会对系统的稳定性造成一定影响，在单级变流器中，其稳定性主要与以下一方面有关：在阻性负载时其工作状态变化，所以需要根据这一方面进行设计，要考虑变流器的参数和供电的稳定性，当其负载为带有CPL特性的DC/DC变流器时，它的稳定性问题更需要考虑到，以防止对整个系统产生影响。
级联系统大信号稳定性可基于混合势函数理论进行分析。负载变流器等效为CPL的简化级联系统框图，如图2a所示，反馈网络以图2b所示PI环为例。对图2a进行等效后的电路如图2c所示。如图1所示。
三、实验
不等式（7）是基于将负载变流器等效为CPL的假设基础上提出的，该假设必须在以下条件下才能成立：该变流器必须工作在闭环模式下。如果它在工作运行过程中受到大信号的干扰，则级联系统会受到影响，该系统中母线电压会发生变化，从而影响到该系统上其他线路上的电压，最终会对整个系统产生影响，电压下降，又会导致负载变流器能量不足，因此无法保证稳定的电压电流而进入开环工作模式。此时负载变流器特性发生变化，呈现出阻性负载特性。其工作模式和电流电压关系发生变化，因为其部分功能改变，负载特性改变，最终会影响到其工作运行状态。
四、总结
基于回转器理论建立的大信号模型，利用混合势函数理论对级联系统大信号稳定性进行分析，通过将级联系统中的负载变流器等效为恒功率负载，分析了系统参数和对系统稳定性的影响，并得出了级联系统的大信号稳定性判据。本实验中假设了三种情况，并对其中的可变因素进行了调控，根据实验结果最终得出了实验依据，因此更利于判断高频DC/DC变换系统的大信号稳定性，该实验的角度上也进行了创新，这对于以后的研究也有一定的作用。
论文作者:余丹华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：系统论文; 稳定性论文; 变流器论文; 负载论文; 信号论文; 电压论文; 电流论文; 《基层建设》2019年第8期论文;