基于两端口网络模型的交直流混合子系统相互作用问题研究

Power electronics converting techniques are widely employed in emerging distributed power system, where sources and loads are strong coupling and dynamic responses between them are complex. The existing small signal modeling techniques and input/output impedance methodology is sufficient to support stability analysis of dc subsystems. However, interaction issues between dc & ac subsystems and in bidirectional power flow field still need further investigation. Through prior research work done by the applicant, two-port network model including input/output impedance and current back gain is the key factor in interaction issue study. This project focuses on current back gain model of dc/dc converters, input/output impedance of a single phase ac power supply and averaged PWM switched model of an isolated bidirectional dc/dc converter. It would clarify the interaction mechanism of stability, harmonic analysis in ac & dc hybrid systems and those with bidirectional power flow application. The research would also provide theoretical basis for systematical analysis of ac & dc power electronics hybrid systems. This method is of important theoretical significance and practical value to develop reliable, stable, distributed power system.

新兴的分布式供电系统中广泛应用电力电子变流技术，源与负载高度耦合，动态响应较为复杂，现有小信号建模及输入/输出阻抗分析方法已足以支持直流子系统之间稳定性分析，但交直流子系统之间以及双向功率流动场合的相互作用问题研究有待进一步深入。申请者前期研究中发现，覆盖输入输出阻抗、电流反向增益等模型在内的两端口网络模型是直流及单相交流子系统相互作用问题研究的关键。本课题拟研究直直变换器的电流反向增益模型、单相交流电源输入输出阻抗模型以及隔离型双向直直变换器PWM Switch平均模型，阐明交直流子系统及双向变换场合稳定性、谐波等系统内部相互作用机理。该问题的研究为电力电子交直流系统系统级分析提供理论依据，对分布式电源可靠平稳协同运行具有重要的理论意义与实际价值。

新兴的分布式供电系统中广泛应用电力电子变流技术，源与负载高度耦合，动态响应较为复杂，现有小信号建模及输入/输出阻抗分析方法已足以支持直流子系统之间稳定性分析，但交直流子系统之间以及双向功率流动场合的相互作用问题研究有待进一步深入。申请者前期研究中发现，覆盖输入输出阻抗、电流反向增益等模型在内的两端口网络模型是直流及单相交流子系统相互作用问题研究的关键。. 本课题系统地研究了直直变换器的电流反向增益模型、单相交流电源输入输出阻抗模型以及双向直直变换器PWM Switch 平均模型；进一步发展了反向电流增益模型概念，提出若干种带直直变换器的单相逆变器系统输入电流低频纹波的方法，能够实现带直直变换器的单相逆变器系统恒功率工作同时提高系统效率并改善动态性能；能够统一实现单向直直变换器、单相直交整流器、双向直直变换器、单相直交逆变器建模，并提取成功单相逆变器输入阻抗频域模型，为分布式电源系统建模、稳定性及性能评估提供了有效工具；阐明交直流子系统及双向变换场合稳定性、谐波等系统内部相互作用机理，以及光伏场合无漏电流不隔离单相逆变器拓扑族、形成规律；并将相关方法及结论推广应用至三相电力电子变压器系统，并展开实证研究。. 该问题的研究为电力电子交直流系统系统级分析提供理论依据，对分布式电源可靠平稳协同运行具有重要的理论意义与实际价值。