电力电子电路作为一种“接口界面”应用的相互作用问题分析及调控研究

各种新能源的接入几乎都是使用电力电子电路作为一种"接口界面"来实现的，它实际上是作为连接源模块（理想电源、功率变换器、新能源输出）和负载模块（电机、储能装置、功率变换器、滤波器）的中间环节。接口界面的相互作用会给整个系统的建模、分析和设计带来了很大的困难。研究接口界面与前后模块之间的兼容性和相互作用问题，不仅对系统可靠性和稳定性设计有着非常重要的意义，同时也会为优化系统整体性能提供新思路和途径。本项目在低频和高频不稳定性统一框架下，从"相互作用"角度研究"接口界面"的拓扑选择、设计准则和等效电路形式，形成具有交互式特征复杂电力电子电路与系统建模和分析方法的基本体系。基于系统整体性能与接口界面相互作用研究相结合，智能化地实现系统稳定裕度在线监测和调控，有效避免工作点变化或干扰引起的不稳定运行现象，使系统稳定运行具有更好的鲁棒性。

本项目在低频和高频不稳定性统一框架下，从“相互作用”角度研究了“接口界面”的拓扑选择、设计准则和等效电路形式，形成了具有交互式特征复杂电力电子电路与系统建模和分析方法的基本体系。本项目所完成的研究工作和取得的研究成果主要有：(1) 发现了输入输出滤波器对系统整体稳定性的双重影响，指出了传统设计标准的不足，并给出了稳定性边界。（2）基于同胚空间变换，系统地建立了一种无量纲分析法，为研究高维开关变换器中参数合力关联关系的多参数稳定性分析问题鉴定了理论基础。该方法引入一个非线性时间周期系统，来建立高维开关变换器的一般分析模型。与传统的分析方法不同，该方法从稳定性等价的角度来研究系统的参数合力关联关系，通过分析同胚空间中的非线性时间周期系统的稳定性来获取高维系统的多参数稳定性。理论分析结果表明，在合适的同胚变换下，该方法不仅可以降低参数空间的维数、简化系统分析复杂度，还能揭示参数合力关联关系如何影响稳定性的模式。（3）建立了连续运行模式PFC变换器分析的功率传输均衡理论，利用傅里叶级数展开方法可以预测开关变换器的稳态值。利用所建立的模型和不平衡功率传输模式进行了非线性扰动行为分析。基于功率平衡近似原理，通过特征值分析法判定周期解的稳定性获得了系统稳定运行边界。