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模块化DC/DC变换器控制策略研究

摘要

高压直流变换技术在电力系统、轨道交通、远距离输电系统等场合均有广泛应用，

然而过高的母线电压可能损害变换器的功率开关器件，从而影响系统的正常工作。为了

解决上述直流高压带来的问题，输入串联输出并联（ISOP）组合变换器得到了广泛的应

用，通过标准模块的串并联，在有效地降低每个模块的电压应力的同时，实现大功率电

流的输出，因此深入研究其控制策略对实现系统稳定运行、各模块控制相互独立、提高

功率等级和耐压等级拓展的灵活性具有重要意义。

首先，对ISOP系统的核心组成部分移相全桥变换器的换流过程进行了探讨，深入

研究了如何实现移相全桥变换器的软开关技术以及解决次级侧占空比缺失的相关问题。

在此基础上，对ISOP系统的输入均压与输出均流问题进行理论推导并建立两模块的

ISOP组合变换器小信号模型，为后续控制策略稳定性的判定提供理论依据。通过系统

开环仿真验证了理论推导的正确性。

然后，基于ISOP系统的小信号模型，实现了双环控制策略的解耦，通过对系统开

环Bode图进行校正，设计了两模块ISOP系统的双闭环PI控制器。为了优化系统的控

制效果，提高系统的抗干扰能力，本文引入了模糊控制逻辑对PI参数进行实时整定，最

终产生了模糊自整定PI控制策略，并对上述控制策略的实现过程进行了研究。通过对

比分析可知，固定PI参数的控制方案超调大、稳定时间长，而模糊自整定PI控制方案

超调小、稳定时间短，在兼具固定参数PI控制稳定性的同时，又具有更佳的动态性能。

搭建了两模块ISOP系统仿真模型，通过对比分析不同PI参数下的控制效果，验证了模

糊自整定PI控制策略理论分析的正确性及有效性。

最后，对两模块ISOP系统中的主电路器件进行了设计和选型，搭建了基于全桥变

换器的两模块ISOP系统的实验平台。分别在不同控制策略下对系统进行了稳态和动态

性能实验。实验结果证明模糊自整定PI控制对不同控制效果的PI控制均能优化，使得

系统获得更好的动静态性能。

关键词：移相全桥变换器；输入串联输出并联；模块化；模糊自整定PI控制

模块化DC/DC变换器控制策略研究

ABSTRACT

DChighvoltageconversiontechnologyiswidelyusedinpowersystem,railtransit,long-

distancetransmissionsystemandsoon.However,toohighbusvoltagemaydamagethepower

switchingdevicesoftheconverter,thusaffectingthenormaloperationofthesystem.Inorder

tosolvetheaboveproblemscausedbyDChighvoltage,theinputseriesoutputparallel(ISOP)

converterhasbeenwidelyused.Throughtheseriesandparallelconnectionofthestandard

module,itcaneffectivelyreducethevoltagestressofeachmoduleandrealizetheoutputof

highpowercurrentatthesametime.Therefore,anin-depthstudyofitscontrolstrategyisof

greatsignificancetoachievethestableoperationofthesystem,theindependenceofeach

modulecontrol,andtheflexibilitytoimprovethepowerlevelandwithstandv