模塊化輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)高壓直流組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略

陳 武 曹遠(yuǎn)志 崔紅芬 王廣江 何曉坤

（1. 東南大學(xué)江蘇省智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210096 2. 中國電力科學(xué)研究院 南京 210003 3. 中興通訊股份有限公司 南京 210012）

1 引言

受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在許多高電壓場合，如何選擇合適的高耐壓功率器件是目前研究人員所面臨的挑戰(zhàn)之一。多個(gè)功率器件串聯(lián)可以滿足高耐壓要求，但這種方法存在串聯(lián)器件的均壓問題，一般都需要額外的輔助電路實(shí)現(xiàn)器件均壓，增加了電路損耗及成本。通過選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可降低功率器件的電壓應(yīng)力，如多電平直流變換器等。此外，將多個(gè)變換器模塊串聯(lián)組合也是一種有效地降低功率器件電壓應(yīng)力的方法[1]，該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：①降低了功率器件電氣應(yīng)力和熱應(yīng)力，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)；②可實(shí)現(xiàn)冗余供電，提高系統(tǒng)可靠性；③易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量擴(kuò)展等[2]。

多變換器模塊串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)可分為兩類，即輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)（Input-Series Output-Parallel,ISOP）組合系統(tǒng)和輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)（Input-Series Output-Series,ISOS）組合系統(tǒng)，其中ISOP組合系統(tǒng)適用于高電壓輸入、低電壓大電流輸出應(yīng)用場合[3]，而ISOS組合系統(tǒng)適用于輸入、輸出電壓都較高的場合[4,5]。為了保證多變換器模塊串聯(lián)組合系統(tǒng)正常工作，必須確保系統(tǒng)中各個(gè)模塊的均壓/均流。目前，針對(duì)ISOP組合系統(tǒng)的均壓/均流技術(shù)研究已得到了廣泛關(guān)注，而對(duì)于 ISOS組合系統(tǒng)中各模塊輸入、輸出均壓技術(shù)的研究則較少。

針對(duì) ISOS組合系統(tǒng)，美國亞利桑那州立大學(xué)的Ayyanar教授提出了一種由輸出電壓環(huán)、輸出電流內(nèi)環(huán)以及輸入均壓環(huán)組成的三環(huán)控制策略[6]，其中輸出電壓環(huán)控制系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定，輸入均壓環(huán)通過調(diào)節(jié)各模塊電流內(nèi)環(huán)的給定信號(hào)來實(shí)現(xiàn)輸入均壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出均壓。文獻(xiàn)[7,8]提出利用 ISOS組合系統(tǒng)中各模塊輸入電壓自平衡機(jī)制來保證系統(tǒng)正常工作，雖然控制簡單，但對(duì)各模塊主功率電路參數(shù)一致性要求很高，且輸入電壓均衡度受負(fù)載電流影響較大。文獻(xiàn)[9]提出了一種交換占空比的輸入均壓控制策略，但該控制策略只適用于兩個(gè)模塊組成的ISOS組合系統(tǒng)，不適用于3個(gè)或多個(gè)模塊的ISOS組合系統(tǒng)。上述均壓控制策略[6-9]的共同特點(diǎn)是各模塊共用控制電路，各模塊之間缺少獨(dú)立性，ISOS組合系統(tǒng)模塊化程度不高，影響了系統(tǒng)的冗余性、可靠性以及可擴(kuò)展性。

針對(duì)上述問題，受并聯(lián)模塊采用輸出電壓下垂特性法可實(shí)現(xiàn)無互聯(lián)均流思想啟發(fā)，本文提出一種基于輸出電壓上翹特性的模塊化 ISOS組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略。該策略將控制電路分布到各個(gè)模塊中，使各模塊的功率電路和控制電路完全相同且可獨(dú)立工作，此外，各個(gè)模塊間在控制上沒有任何聯(lián)系，真正實(shí)現(xiàn)組合系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，具有很高的系統(tǒng)冗余性、可靠性以及可擴(kuò)展性。本文首先闡述基于輸出電壓上翹特性的分布均壓控制策略工作原理，并對(duì)其輸入均壓特性以及輸出電壓特性進(jìn)行分析，然后分析 ISOS組合系統(tǒng)采用該控制策略的穩(wěn)定性，最后對(duì)由3個(gè)雙管正激變換器模塊構(gòu)成的ISOS組合系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 控制策略工作原理和特性分析

圖 1為本文提出的模塊化 ISOS組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略框圖，從圖中可以看出，每個(gè)模塊具有完全相同且獨(dú)立的功率電路和控制電路，每個(gè)模塊控制電路只采樣模塊自身的輸入電壓vinj（j=1,2,··,M）和系統(tǒng)輸出電壓Vo，各個(gè)模塊之間沒有共用的控制電路且在控制上沒有任何聯(lián)系，因此，大大提高了ISOS組合系統(tǒng)的模塊化程度。

圖1 模塊化ISOS組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略框圖Fig.1 Block diagram of distributed voltage sharing control strategy for modular ISOS system

在圖1中，Vref為給定參考電壓，Iinj（j=1,2,…,M）為模塊的輸入電流；Icdj（j=1,2,…,M）為模塊輸入電容電流；kvi為模塊輸入電壓采樣系數(shù)；kvo為系統(tǒng)輸出電壓采樣系數(shù)；kvc為模塊校正環(huán)節(jié)比例系數(shù)；Gvo為輸出電壓調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Dj（j=1,2,…,M）為模塊自身的輸出占空比。在分析工作原理之前，先忽略控制電路中虛線框所示部分。從圖中可以看出，每個(gè)模塊的輸入電壓采樣信號(hào)被疊加到Vref中，這樣，當(dāng)模塊輸入電壓升高時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓參考信號(hào)vrefj（j=1,2,…,M）也將增大，相應(yīng)地，系統(tǒng)輸出電壓將升高，于是系統(tǒng)輸出電壓跟隨輸入電壓呈現(xiàn)上翹調(diào)整特性，如圖2所示。為了便于解釋本文提出的分布式均壓控制策略工作原理，下面對(duì)由兩個(gè)模塊構(gòu)成的 ISOS組合系統(tǒng)進(jìn)行分析，假設(shè)兩個(gè)模塊具有相同的輸出電壓調(diào)整特性，如圖 2所示，其中，VoO為兩模塊穩(wěn)態(tài)工作輸入電壓相等（即為Vin/2）時(shí)的系統(tǒng)輸出電壓，VoA為模塊 1輸入電壓下降為Vin1時(shí)的系統(tǒng)輸出電壓，VoB為模塊2輸入電壓上升為Vin2時(shí)的系統(tǒng)輸出電壓。穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)模塊都工作于O點(diǎn)，此時(shí)模塊1的輸出參考電壓vref1和模塊 2的輸出參考電壓vref2都與系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof達(dá)到平衡，兩個(gè)模塊輸入均壓。假設(shè)兩個(gè)模塊的輸入電壓受到擾動(dòng)，比如Vin1下降，Vin2上升，即Vin1＜Vin/2＜Vin2，則根據(jù)各個(gè)模塊的輸出電壓上翹特性，模塊1對(duì)應(yīng)于Vin1的系統(tǒng)輸出電壓應(yīng)為VoA，模塊2對(duì)應(yīng)于Vin2的系統(tǒng)輸出電壓是VoB。由于系統(tǒng)輸出電壓唯一且為VoO，可知VoA＜VoO＜VoB。由于模塊1的輸入電壓vin1下降，從而模塊1的輸出參考電壓vref1也降低，而此時(shí)系統(tǒng)輸出電壓仍為VoO，即系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof保持不變，故此時(shí)輸出參考電壓vref1小于系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof，于是模塊1的控制電路認(rèn)為系統(tǒng)輸出電壓高于其給定基準(zhǔn)電壓，將調(diào)節(jié)其占空比以減小輸入功率，則Iin1減小，Icd1增大，則模塊1的輸入電壓升高，工作點(diǎn)由A點(diǎn)向上移動(dòng)。同理，由于模塊2的輸入電壓vin2上升，模塊2的輸出參考電壓vref2也上升，而此時(shí)系統(tǒng)輸出電壓仍為VoO，即系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof保持不變，故此時(shí)輸出參考電壓vref2大于系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof，于是模塊2的控制電路認(rèn)為系統(tǒng)輸出電壓低于其給定基準(zhǔn)電壓，將調(diào)節(jié)其占空比以增加輸入功率，則Iin2增大，Icd2減小，使得其輸入電壓降低，工作點(diǎn)由B點(diǎn)向下移動(dòng)，最終使ISOS組合系統(tǒng)重新回到穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)輸入均壓和輸出均壓。

圖2 輸出電壓上翹調(diào)整特性Fig.2 The positive output voltage gradient regulation characteristic

圖2中假設(shè)兩個(gè)模塊具有完全相同的輸出電壓調(diào)節(jié)特性，即輸出電壓起始設(shè)定點(diǎn)和輸出電壓上翹系數(shù)分別相同，而在實(shí)際中，各模塊之間必定存在一定的不匹配，圖3和圖4分別給出了模塊輸入均壓精度和輸出電壓起始設(shè)定點(diǎn)以及輸出電壓上翹系數(shù)的關(guān)系。從圖3和圖4可以看出，輸出電壓起始設(shè)定點(diǎn)偏差越小，模塊的輸入均壓精度越高，同時(shí)，上翹系數(shù)越大，模塊的輸入均壓精度也越好，但相應(yīng)的輸出電壓調(diào)節(jié)率也越差。

圖3 輸出電壓起始設(shè)定點(diǎn)對(duì)均壓精度的影響Fig.3 Effect of output voltage set-point mismatching on input voltage sharing accuracy

圖4 輸出電壓上翹系數(shù)對(duì)均壓精度的影響Fig.4 Effect of output voltage gradient gain on input voltage sharing accuracy

從以上分析可以看出，由于將模塊的輸入電壓采樣信號(hào)疊加到Vref中，從而使系統(tǒng)輸出電壓隨輸入電壓升高呈現(xiàn)上翹調(diào)整特性。為了減小系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整率，在控制電路中引入系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)，如圖1中虛線框所示，當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓采樣信號(hào)vof高于Vref時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)vcj（j=1,2,…,M）為正，用Vref減去此信號(hào)，即相當(dāng)于減小給定參考電壓，從而達(dá)到降低系統(tǒng)輸出電壓目的。由于所有模塊的Vref和vof都分別相同，則每個(gè)模塊的系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)也相同（vc1=vc2=…=vcM），即在各模塊的Vref中減去相同的信號(hào)，因此，系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)并不影響以上工作原理分析的正確性。

在引入系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)之前，由圖1可得在穩(wěn)態(tài)時(shí)有vof=vrefj（j=1,2,…,M），即

綜合式（1）和式（2），可得

因此系統(tǒng)輸出電壓上翹系數(shù)為

引入系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)后，由圖1可得在穩(wěn)態(tài)時(shí)有

式中，kvc為系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)增益，結(jié)合式（2），可得

此時(shí)系統(tǒng)輸出電壓上翹系數(shù)為

由式（4）和式（7）可以看出，系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)的引入，大大減小了輸出電壓上翹系數(shù)，從而改善了系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整特性。

以上分析都基于模塊輸出電壓上翹調(diào)整特性完全相同，在實(shí)際中由于采樣和運(yùn)放誤差等很難做到。假設(shè)兩模塊 ISOS系統(tǒng)中兩個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓調(diào)節(jié)特性分別為

式中，Vinmin為每個(gè)模塊的最低輸入電壓；Vo1min和Vo2min分別為最低輸入電壓時(shí)模塊1和模塊2對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓；g1和g2分別為模塊1和模塊2對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸出電壓上翹系數(shù)。

兩個(gè)模塊的輸入電壓之和等于系統(tǒng)輸入電壓，即Vin=Vin1+Vin2；而系統(tǒng)輸出電壓唯一，即Vo1=Vo2=Vo。再結(jié)合式（8）和式（9），可得

由式（10）和式（11）可得兩個(gè)模塊的輸入電壓均壓精度為

可見，輸入電壓不平衡度由兩個(gè)模塊的系統(tǒng)輸出電壓上翹系數(shù)、系統(tǒng)最低輸出電壓以及模塊最低輸入電壓共同決定。

由式（12）可得 ISOS組合系統(tǒng)的輸出電壓上翹系數(shù)為

可見，ISOS組合系統(tǒng)的輸出電壓上翹系數(shù)由兩個(gè)模塊的上翹系數(shù)共同決定。

和并聯(lián)模塊采用輸出電壓下垂法的特性類似，從以上分析可以看出：上翹系數(shù)大，輸入均壓特性好，但系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整率就差；反之，上翹系數(shù)越小，輸入均壓特性越差，而系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整率越好。可見，模塊間的輸入均壓性能和組合系統(tǒng)的輸出電壓調(diào)整率折中考慮。因此，本文提出的均壓控制策略適用于輸入電壓變化范圍較小或?qū)敵鲭妷赫{(diào)整率要求不高的應(yīng)用場合，如作為級(jí)聯(lián)型系統(tǒng)的第一級(jí)或中間級(jí)。

從圖1所示的控制策略可以看出，每個(gè)模塊只采樣自身輸入電壓和系統(tǒng)輸出電壓，在控制上沒有任何聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了完全獨(dú)立、對(duì)等且分布式的控制，真正實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，具有很高的系統(tǒng)冗余性、可靠性以及可擴(kuò)展性。此外，由于在控制上沒有任何聯(lián)系，每個(gè)模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)控制環(huán)路參數(shù)，方便參數(shù)設(shè)計(jì)。

3 控制策略穩(wěn)定性分析

為討論本文提出的模塊化 ISOS組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略穩(wěn)定性，下面對(duì)由兩個(gè)正激變換器模塊構(gòu)成的 ISOS組合系統(tǒng)進(jìn)行分析，其小信號(hào)模型如圖5所示。

圖5 兩模塊ISOS組合系統(tǒng)小信號(hào)模型Fig.5 Small signal model of two-module ISOS system

為方便分析，假設(shè)兩個(gè)模塊具有相同的變壓器匝比和輸出濾波器參數(shù)，即N1=N2=N，Lf1=Lf2=Lf，Cf1=Cf2=Cf，且在穩(wěn)定時(shí)有D1=D2=D，則Io1=Io2=Vo/RL，Vin1=Vin2=Vin/2，其中N1和N2分別為模塊 1和模塊2的變壓器匝比，D1和D2分別為模塊1和模塊 2穩(wěn)態(tài)時(shí)的占空比，Io1和Io2分別為模塊 1和模塊2穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出電流。

由圖5可得

由圖1所示控制策略可得兩個(gè)模塊的占空比擾動(dòng)信號(hào)分別為

式中，F(xiàn)m為PWM發(fā)生器的傳遞函數(shù)。

假設(shè)兩個(gè)模塊的輸出電壓閉環(huán)帶寬足夠?qū)挘瑒t當(dāng)有輸入電壓擾動(dòng)in?v時(shí)，可認(rèn)為在此穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)輸出電壓擾動(dòng)為零[9]，即

由式（15）、式（17）、式（19）、式（21）和式（23）可得

同理，由式（16）、式（18）、式（20）、式（22）和式（23）可得

令Zeq=Zeq1=Zeq2，則

Gvo通常設(shè)計(jì)為PI型調(diào)節(jié)器，故令

將式（24）和（27）代入式（26），可得 ISOS組合變換器輸入電壓擾動(dòng)的傳遞函數(shù)的特征根方程為

其中

由式（29）可以看出a1＞0，a2＞0，a3＞0，a4＞0。然而，如果系統(tǒng)穩(wěn)定則必須滿足

通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行根軌跡分析，選取適當(dāng)?shù)膋p和ki，可使式（30）成立，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)參數(shù)見下表。

表 系統(tǒng)參數(shù)Tab. System parameters

圖6給出了取不同kp時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡。選取ki為1 000，kp從0開始增大來測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖6b是對(duì)圖6a中虛線框部分的放大。從圖6可以看出，選取不同的kp，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。

圖6ki=1 000時(shí)系統(tǒng)根軌跡及虛線框放大波形Fig.6 Root locus and expanded waveforms of the dashed box whenki =1 000

圖7 kp=10時(shí)系統(tǒng)根軌跡和虛線框放大波形Fig.7 Root locus and expanded waveforms of the dashed box whenkp =10

圖7給出了取不同ki時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡。選取kp為10，ki從0開始增大來測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖7b是對(duì)圖7a中虛線框部分的放大。從圖7可以看出，當(dāng)ki增大到18 500時(shí)，系統(tǒng)的根開始從左半平面變化到右半平面，故系統(tǒng)開始由穩(wěn)定變得不穩(wěn)定。因此，如果電壓補(bǔ)償參數(shù)選取合適，那么本文所提出的ISOS系統(tǒng)的分布式均壓控制策略是穩(wěn)定的。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提出的分布式均壓控制策略的有效性，在實(shí)驗(yàn)室完成了由3臺(tái)雙管正激變換器構(gòu)成的ISOS組合系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入電壓范圍為300～450V，系統(tǒng)輸出電壓設(shè)定為150V，最大輸出電流5A。相應(yīng)的單臺(tái)雙管正激變換器輸入電壓范圍為 100～150V，輸出電壓設(shè)定為50V，最大功率為250W。

圖8給出了無均壓控制策略時(shí)系統(tǒng)輸入輸出電壓波形。圖8a是ISOS系統(tǒng)三模塊的變壓器一次側(cè)的輸入電壓和系統(tǒng)總的輸出電壓，其中，模塊2的變壓器一次電壓達(dá)到了 150V，而模塊 1和模塊 3的變壓器一次電壓卻只有75V左右，系統(tǒng)總的額輸出電壓為 143V。圖 8b是 ISOS系統(tǒng)三模塊各自的輸出電壓和總的輸出電壓，模塊 1的輸出電壓為42V，模塊 2的輸出電壓為 80V，模塊 3的輸出電壓為21V，總的輸出電壓為143V。可見，在無均壓控制策略情況下，在不施加均壓控制策略時(shí)，ISOS系統(tǒng)各模塊的輸入輸出電壓是不均壓的。

圖8 無均壓控制策略時(shí)，系統(tǒng)輸入輸出電壓波形Fig.8 The waveformes of output voltage and input voltage of the ISOS system without input voltage sharing method

圖9給出了實(shí)測的3個(gè)模塊輸出電壓上翹調(diào)整特性曲線，圖 9a為未加入系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)時(shí)的特性曲線，當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓從300V增加到450V時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓從150V上升到167V，同時(shí)3個(gè)模塊能夠很好地實(shí)現(xiàn)輸入均壓；圖9b為加入系統(tǒng)輸出電壓校正環(huán)節(jié)后的特性曲線，此時(shí)kvc=20，當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓從300V增加到450V時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓從 150.1V上升到 150.9V，系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整率為0.53%，由于基準(zhǔn)、采樣和運(yùn)放等環(huán)節(jié)的差異，導(dǎo)致3個(gè)模塊的輸入電壓整個(gè)范圍內(nèi)最大相差5V左右，在可接受范圍之內(nèi)。可見，采用本文提出的分布式均壓控制策略，模塊間能夠很好地實(shí)現(xiàn)輸入均壓，同時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓調(diào)整率完全可以滿足一般功率變換場合需求。

圖9 3個(gè)模塊輸出電壓調(diào)整特性曲線Fig.9 The positive output voltage gradient regulation characteristic curves of three modules

圖10和圖11給出了ISOS組合系統(tǒng)負(fù)載突變和輸入電壓突變時(shí)實(shí)驗(yàn)波形。圖10給出了系統(tǒng)輸入電壓為 400V情況下負(fù)載電流在半載（2.5A）和滿載（5A）之間突變時(shí)3個(gè)模塊的輸入電壓、輸出電壓和負(fù)載電流波形，可以看出，穩(wěn)態(tài)和負(fù)載突變時(shí)，ISOS組合系統(tǒng)都能很好地實(shí)現(xiàn)各模塊的輸入均壓，從而也可實(shí)現(xiàn)輸出均壓。圖11給出了滿載情況下系統(tǒng)輸入電壓在300～450V突變時(shí)3個(gè)模塊的輸入電壓、輸出電壓以及系統(tǒng)輸出電壓波形，可以看出，當(dāng)組合變換器輸入電壓升高時(shí)，輸出電壓略微有所升高，符合其輸出電壓上翹調(diào)整特性，且在穩(wěn)態(tài)和輸入電壓突變時(shí)，ISOS組合系統(tǒng)都能較好地實(shí)現(xiàn)各模塊的輸入均壓和輸出均壓。

圖10 負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)波形Fig.10 Experimental waveforms in case of stepped load

圖11 輸入電壓突變實(shí)驗(yàn)波形Fig.11 Experimental waveforms in case of stepped input voltage

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的冗余性和可靠性，在實(shí)驗(yàn)中模擬 ISOS組合系統(tǒng)中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障退出系統(tǒng)以及故障修復(fù)后再投入系統(tǒng)的工況。具體操作是在模塊1的輸入電容兩端并聯(lián)一個(gè)開關(guān)管S，以開關(guān)管S的開通和關(guān)斷來模擬模塊1的切出與切入，同時(shí)在模塊1的輸出濾波電容兩端反并聯(lián)一個(gè)功率二極管，以提供系統(tǒng)輸出電流的續(xù)流回路。圖12給出了Vin=330V滿載情況下模塊1故障切出與修復(fù)切入過程中各模塊輸入電壓、輸出電壓和系統(tǒng)輸出電壓波形。t1時(shí)關(guān)斷開關(guān)管 S，以模擬模塊1故障修復(fù)后切入系統(tǒng)工況，此時(shí)系統(tǒng)輸入電流給模塊1的輸入電容充電，模塊1的輸入電壓升高，相應(yīng)的模塊1的輸出電壓也開始升高，與此同時(shí)，模塊2和3的輸入電壓和輸出電壓都開始下降。經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，3個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)輸入/輸出均壓。t2時(shí)開通開關(guān)管 S，以模擬模塊 1出現(xiàn)故障后切出系統(tǒng)工況，此時(shí)模塊1輸入電壓立刻下降到零，模塊2和3均分系統(tǒng)輸入電壓，由于輸出濾波電容中存有能量，模塊1輸出電壓緩慢下降，相應(yīng)的模塊2和3輸出電壓緩慢上升，最終系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。可見，本文提出的控制策略可以提高 ISOS組合系統(tǒng)的冗余性，實(shí)現(xiàn)模塊的熱插拔功能。

圖12 一個(gè)模塊故障切出與恢復(fù)切入實(shí)驗(yàn)波形Fig.12 Response of individual input voltages and output voltage when one module is isolated and inserted

5 結(jié)論

本文針對(duì) ISOS組合系統(tǒng)中各模塊需要實(shí)現(xiàn)輸入均壓和輸出均壓問題，提出了一種模塊化的ISOS組合系統(tǒng)分布式均壓控制策略。理論分析表明采用該控制策略的 ISOS組合系統(tǒng)是穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略可有效地實(shí)現(xiàn) ISOS組合系統(tǒng)中各模塊的輸入均壓和輸出均壓，同時(shí)，具有較高的冗余性和可靠性，可實(shí)現(xiàn) ISOS組合系統(tǒng)中模塊的熱插拔功能。

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