三相四线制静止式中频电源组网系统节点配置影响研究

Based on the three-phase four-wire 400Hz solid-state power supply integration system,this project will have a deeply study on the node collocation effect. As for the equity node collacation, a novel strategy of integration control is proposed based on droop characteristics to achieve double synchronization with the switching signal and the reception phase. In this control the output impedance is designed by a virtual impendence which can eliminate the current sharing effects of connection impedance and nonlinear load. Besides, the integration units share the sync phase by CAN bus. As for the master-slave node collacation, a composite master-slave control strategy proposed on the basis of improving the traditional master-slave control can achieve pre-synchronization phase by means of discrete digital phase locked loop (D-DPLL) of the multi-cycle average and the invalid zero crossing and harmonics removal.On this basis, the project will have a systemic research on the effect on the integration system with the node quantity. By comparing the capacity, the performance and the stability of the integration system between the two node collacation, the design of the the three-phase four-wire 400Hz solid-state power supply integration system will be optimized. The research of the project will provide effectively reference for the application.

本项目将以三相四线制静止式中频电源组网系统为背景，对节点配置方式的影响进行深入系统的研究。在非主从式节点配置方式下，通过引入虚拟阻抗对静止式中频电源组网单元输出阻抗进行设计以及基于CAN通信的相位同步控制，提出基于下垂特性的开关信号及接收相位双同步组网控制策略，在此基础上，研究节点配置数量对组网系统的影响；在主从式节点配置方式下，采用多周期平均和无效过零点、谐波剔除的离散化数字锁相环技术（D-DPLL），实现组网单元相位的有效同步，提出基于相位预同步及平滑调节的复合主从控制策略，在此基础上，研究节点配置数量对组网系统的影响；通过对比分析以上两种节点配置方式下组网系统的总容量、动、静态性能以及稳定性，确定静止式中频电源组网系统的最优节点配置方式，为后续组网系统的实船应用提供有力的参考依据。

大型舰船的舰载机、导弹系统、雷达、声纳等关键设备采用400Hz中频供电系统，且此类舰船上所需的400Hz中频供电容量大幅提高，因此，开展高集成度、高能量密度和高可靠性的三相四线制静止式中频电源节点配置研究具有重要的军事意义和价值。本项目分别对其数学模型、组网控制策略、节点配置影响以及组网系统暂态过程控制等问题进行了深入的分析和研究。. 针对组网系统的难点，分别对传统下垂控制和主从控制加以改进。在考虑组网连线阻抗影响、非线性负载影响及组网单元相位同步的基础上，提出了基于下垂特性的开关信号及接收相位双同步组网控制策略，该方法通过引入带高通滤波器的虚拟阻抗对输出阻抗进行设计，消除了连线阻抗及非线性负载对均流效果的影响，同时，组网单元通过CAN总线共享同步相位，采用固有延时补偿实现开关信号的同步，并对接收相位进行实时及过零点补偿，消除延时影响和过零点电压畸变；对传统主从控制加以改进，提出了基于相位预同步及平滑调节的复合主从控制策略，该方法采用多周期平均和无效过零点、谐波剔除的离散化数字锁相环技术，实现组网单元相位的预同步，并通过电流峰值的平均分配及峰值、相位的平滑调节，实现从机单元的无冲击并网。. 分析了三相四线制静止式中频电源组网过程中带与不带本地负载时组网、独立运行的原理，并以此为基础，从理论上深入研究了开关顺序对组网系统模式切换暂态过程的影响，得出组网时模式开关先闭合，脱网时静态开关先分断为最优开关顺序的结论，同时，结合相位预同步及平滑调节的复合主从控制策略给出平滑切换的具体实施步骤；开展了多节点配置并联组网系统稳定性分析，分别在阻性和阻感负载下，开展两台、三台、四台静止式中频电源并联运行稳定性分析。. 搭建了组网系统实验平台，开发了控制系统软件，设计了上位机控制界面，在此平台上完成了本项目中所提理论和控制方法的实验验证。