L型多电平开关变换器及控制策略的研究

With the patent-based L-type converter and its control technique, excellent control strategy and system solutions were obtained. On L-type, power module in series/parallel connection can improve the capacity. Combining DC-DC converter AVP (ActiveVoltage Position) and other techniques, voltage across DC bus capacitors can be balanced by using tolerance range in real-time control. Based on digital control platform, using ripple control techniques to improve the transient performance of the system. Complete modeling to expanded basic topology to get accurate converter model and provide theoretical support to program design and dynamic/static performance requirements. Simulation and experiment are performed based on results of theoretical studies to improve the L-type topology and related control strategies.

基于专利的L型变换器，系统地研究该多电平开关DC-DC变换器拓扑及其运行模式，得到优良控制策略和系统解决方案。基于L型主轴拓展思路，研究功率单元采用串联/并联的思路，提高电压/电流容量；通过对各个功率单元进行交错运行模式的控制；重点研究其在输入端与输出端存在高压差时的应用情况；研究结合DC-DC变换器的AVP（Active Voltage Position）等先进技术手段，利用容差范围，灵活地对直流母线电容电压进行实时的平衡控制；研究基于数字控制平台，采用纹波控制的相关手段，提高系统的瞬态性能；对拓展得到的基本拓扑结构进行完整的建模，得到准确的变换器模型，为方案设计及动/静态性能要求等提供理论支持；并通过标准化设计，得到多电平扩展单元。对理论研究成果进行仿真和实验，完善该多电平开关变换器的拓扑体系及相关的控制策略。

随着电力电子技术的飞速发展，多电平变换器及其控制技术的研究正逐渐成为研究热点。本项目基于Buck和Boost分别提出了L型结构的多电平变换器，采用功率单元串联或并联的方式提高电压电流容量，其电路的主开关管和母线电容分别构成L型的横纵轴。对拓展得到的基本拓扑进行完整的建模，得到准确的变换器模型从而为方案设计动/静态性能的要求提供理论支持。为了有效的控制直流母线电容电压的平衡，在此重点研究了基于电压的交错控制策略和基于电流的纹波控制策略，并给出电压和电流的控制策略的具体实现方法。研究对比线性和非线性的控制策略以此来提高系统的动态响应，并给出仿真结果；针对开关器件在通断时刻器件承受电压尖峰的问题，研究设计无源吸收电路，取得良好的实验效果。项目完善了对多电平开关变换器的拓扑体系及相关的控制策略研究，拓宽了多电平变换器的应用范围。