电力电子级联系统大信号稳定性关键问题研究

本项目拟对电力电子级联系统大信号稳定性问题进行研究，为利用标准模块进行实际应用系统集成设计提供理论依据。重点研究基于能量守恒原则的各类DC/DC电路的降阶大信号模型，据此，研究级联系统的大信号稳定性，用非线性理论来分析系统而非模块本身的稳定性，同时对模块本身的优化设计提供理论依据。拟借鉴电力系统相关理论，探索在级联母线端对级联系统稳定性改善的方法与理论。.通过本项目研究，将初步建立基于大信号模型的级联系统大信号稳定性的分析方法，并探索出级联系统稳定性改善方法与理论，从而为推进电力电子系统集成技术发展做出贡献。

在电力电子系统集成技术中，利用电力电子标准模块集成实际应用系统时，必然会涉及模块之间相互影响。电力电子标准模块均是单独设计的，尽管每个模块都能够独立、稳定运行，但当多个模块构成实际应用系统时，由于模块之间、以及模块和输入滤波器之间的相互作用可能会导致整个系统工作不稳定。因此，多模块系统的稳定性问题成为系统集成理论的一大难题。基于阻抗标准的小信号扰动下的系统稳定性分析已有较为系统的研究成果，但大信号扰动下的稳定性研究，包括大信号模型的建立到系统稳定性理论分析方法均处于起步阶段。在该背景下，本项目针对多模块系统中最基本的级联系统入手，对其大信号稳定性分析的方法和手段进行了深入研究。首先，基于回转器理论和功率守恒原理,对目前广泛应用的电流模式控制的变流器建立了适用于系统分析的统一大信号模型。该模型克服了现有大信号模型复杂、难以运用于理论分析的缺点，实现了模型降阶，同时具有很好的普适性，为理论分析级联系统的稳定性并得到解析形式的稳定性判据奠定了良好的基础。其次，在统一大信号模型的基础上，项目组采用李雅普诺夫线性化方法和混合势函数理论等非线性理论，提出了级联系统稳定运行的条件，并首次得到了解析形式的DC-DC级联系统稳定性判据，可适用于大信号稳定性分析和小信号稳定性分析。同时，研究了直流系统母线的补偿策略以提高系统的稳定性，基于混合势函数理论探讨了补偿容量、控制策略和系统稳定的关系。上述研究成果对复杂电力电子系统的稳定性问题提供了新的分析方法和设计方法。项目组较好地完成了项目预定的研究内容，项目研究成果和结论达到预期目标。