電力電子系統大信號頻域近似解析方法研究

《電力電子系統大信號頻域近似解析方法研究》是依託安徽工業大學，由劉宿城擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電力電子系統大信號頻域近似解析方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉宿城
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

隨著可再生能源技術的飛速發展和套用，電力電子系統的控制要求正從以滿足負載動態特性為主轉向以獲取最大功率為目標，同時一次側能源供給和負載類型呈現出多樣化和複雜性等特徵，其典型表現為控制系統長期處於大信號工作狀態。為確保系統在複雜工況下的高品質可靠運行，研究電力電子系統的大信號工程設計理論成為亟待解決的基礎問題，本項目將著重探討平均意義下如何從頻域角度近似解析與設計電力電子系統的大信號行為。針對電力電子系統在大信號作用下的非線性物理特性，提出對控制環路中非線性進行簡化處理提取其關鍵信息，以此達到頻域近似解析系統大信號行為的研究思路；在此基礎之上確定主要特徵參數對系統大信號行為的約束關係，並由此探討大信號工作電力電子系統補償器的結構最佳化及參數設計準則，以修正或最佳化經典頻域法的控制設計。本項目研究將為電力電子系統大信號工程設計奠定理論基礎，並為完善現有頻域分析與綜合方法提供補充和借鑑。

結題摘要

電力電子系統的大信號分析與綜合是電力電子學領域亟待解決且極具挑戰性的重要基礎理論問題，同時快速發展的分散式發電系統在源-荷兩側表現的強隨機性和間歇性也為電力電子接口的大信號工程設計提出了越來越迫切的實際需求。 本青年科學基金項目以直流微電網為套用背景，開展了光伏接口變換器的動態特性建模與穩定性分析、DC-DC變換器的大信號頻域近似分析與通用控制策略構建、DC-DC變換器的瞬態回響提升方法以及直流微電網的非線性下垂控制等四個方面的研究工作，所取得的主要成果有：(1) 分析了不同負載條件下光伏接口MPPT控制DC-DC變換器的動態特性，揭示了負載類型對於改變系統階數的影響，對閉環阻抗的分析結果發現：電流型負載會大幅提高輸入阻抗的低頻幅值，導致光伏接口電壓硬度變軟，抗擾能力下降。分析結果可為光伏電源接口和直流母線接口穩定性的設計提供理論依據。(2) 針對DC-DC開關變換器控制環路普遍存在占空比飽和非線性問題，探討了頻域大信號近似分析方法，拓展了小信號線性頻域穩定設計結果；針對DC-DC開關變換器主電路平均模型的非線性，研究基於凸分解的大信號近似建模方法，進而提出通用大信號控制策略的構建思路。(3)從電流模式控制的基本原理出發，研究了一種DC-DC變換器的瞬態回響提升方法；將電容電荷平衡控制的思想引入超級電容接口雙向DC-DC變換器，實現了母線電壓對高頻負載擾動的快恢復。(4) 針對直流微網母線電壓控制單元均流精度與電壓跌落之間的矛盾問題，提出了分段式非線性下垂控制策略，可在一次控制層面從不同程度改善均流與母線電壓調整的折中設計。 通過本項目資助，目前發表論文7篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄2篇，CSCD收錄1篇，1篇獲得中國電源學會第二十二屆學術年會優秀論文獎，另有3篇期刊論文和1篇會議論文在審，2篇論文準備投稿；申請中國發明專利2項並進入實質審查階段；參加ECCE、ECCE-Asia、中國電源學會年會及中國高校電力電子年會等國內外重要學術會議共4次；依託本項目培養畢業碩士研究生1名，正在培養碩士研究生2名。