电力电子系统非线性分析与控制方法研究

随着大容量、新能源、特殊环境电能变换发展的需要，实际应用中出现了不少常规电力电子系统未曾遇到的现象和问题，无法应用现有电力电子技术较好地解释和解决。为此，进一步探索和发展电力电子系统分析和控制方法成为现阶段一个十分迫切的课题。本课题将基于电力电子系统开关非线性系统的特点，应用开关切换系统理论提出一种电力电子系统的基本建模方法；由此根据系统科学理论，发展电力电子系统能控性、能观性、能达性、稳定性的研究体系，进一步探讨电力电子系统基本特性和参数计算方法；在深化对电力电子系统控制特性和非线性特性认识的基础上，发展新型的电力电子系统非线性控制方法，以期使非线性控制成为电力电子系统一种重要、实用、高性能的控制策略。.本课题的创新之处在于将电力电子系统从一个新的非线性理论- - -开关切换系统理论的框架上来重新审视，并利用系统科学分析方法来构建其基础理论和提出控制方法，使电力电子系统性能得到进一步提升。

随着大容量、新能源、特殊环境电能变换技术的发展，现有电力电子系统分析理论与控制方法已无法满足实际的需要，为此，探索电力电子系统非线性分析和控制方法成为现阶段一个十分迫切的课题。本项目应用切换系统理论，从非线性建模、控制特性、非线性控制研究，以及非线性分析及应用两方面对电力电子系统进行了较为系统的研究，取得了以下研究成果：（1）在深入分析状态空间平均法理论基础及非线性特性基础上，提出了电力电子系统切换系统模型、混合逻辑模型、双状态切换模型、矩阵系数多项式插值模型、结构功能模型 5种建模方法。（2）提出了电力电子变换器的能控性、能观性、能达性判据，由此分析了DC-DC变换器、三相逆变器的控制特性，建立了单周期控制的理论基础，并基于能控性原理提出了三相四线逆变器的3矢量PWM策略。（3）提出了电力电子系统最小投影法切换律控制策略，该切换律对Buck 、Boost DC-DC变换器、DC-AC变换器和AC-DC变换器具有全局稳定性，且控制算法简单、鲁棒性好、收敛快和动态响应高。（4）探讨了DC-DC变换器倍周期分岔的普适常数、标度不变性及谱结构；建立了变换器混沌特征的模块熵及L-Z复杂度描述方法，以及混沌PWM频谱的小波分析方法；分析了H桥直流斩波器和H桥逆变器的周期稳定性与混沌现象；提出了变换器的混沌PWM抑制EMI原理及技术。（5）对晶闸管分岔及混沌现象及机理进行了深入的探讨，提出了一种融合扩展延迟反馈控制法和相空间压缩的控制方法；对永磁同步电动机v/f控制系统稳定性分析和混沌控制、时滞反馈电流控制系统混沌行为、多电机运行系统稳定性、同步发电机双机系统随机噪声下的非线性安全域、变频调速逆变器SHEPWM非线性多解性开展了研究；（6）开展了电力电子系统对复杂电网级联故障的非线性影响、与电网非线性多解性的相互影响、含电力电子系统电网的神经网络非线性特性的研究；（7）提出了基于群论DC-DC变换器级联特性分析方法，以及电力电子系统无功功率计算方法；探讨了基于电力电子变换器潜在电路研究，从结构稳定性提出变换器动态拓扑的概念；利用复杂网络理论研究DC-DC变换器的脆弱性和新型拓扑的构造方法。本项目已发表SCI源刊论文35篇；在国际著名出版社Wiley-IEEE Press出版专著2部；获得授权发明专利3件；获得省部级科技发明奖3项。