分布式DC-DC变换器不连续系统稳定性分析和控制

Distributed DC-DC converter is a major structure of distributed power systems. Compared with the independent operating DC-DC converters, the operation and control of distributed DC-DC converter are significantly different, which shows as follows. The input of the distributed DC-DC converter bears the influence of fluctuating energy from photovoltaics output, fuel cells and energy storage, and its output must meet the requirements of different output load, so distributed DC-DC converter is a bi-directional energy flow restraint system. Moreover, mutual interference between the converters increases the instability of the system. Therefore, this project will make use of noncontinuous systems theory to analyze the operating characteristics of distributed DC-DC converter under bi-directional energy flow restraint of input and output, to research the operating stable characteristics of the converter under mutual interference, to investigate the nonlinear characteristics of distributed DC-DC converter, and to present the noncontinuous control strategies of distributed DC-DC converter. The target of this project is to form a stability analysis and control methods to suitable for distributed DC-DC converter..This project has two innovations and can be concluded as following: (1) The noncontinuous systems theory is introduced to analyze the distributed DC-DC converter, which solves the problem of stability analysis under bi-directional energy flow restraint. (2) The distributed DC-DC converter is regard as the noncontinuous systems, and the rich control strategies can be proposed based on the noncontinuous systems theory.

分布式DC-DC变换器是分布式电源系统的主要结构方式，与独立运行DC-DC变换器相比，其运行方式与控制策略具有明显的不同，表现为输入端要承受光伏输出、燃料电池和储能设备等时变电能波动性的影响，输出端要满足不同输出负载的要求，是一个具有双向能量流约束的系统，且变换器间相互干扰增加了系统的不稳定性。为此，本项目将利用不连续系统理论，分析分布式DC-DC变换器在输入输出双向能量流约束下的运行特性，研究变换器间相互干扰作用下的稳定运行特性，探讨分布式DC-DC变换器的非线性特性，进而提出分布式DC-DC变换器的不连续控制策略，从而形成一种适合于分布式DC-DC变换器的稳定性分析和控制方法。.本项目创新之处有如下两点：一是将不连续系统理论引入分布式DC-DC变换器的分析，解决了其在双向能量流约束下的稳定性分析问题；二是将分布式DC-DC变换器视为不连续系统，可基于不连续系统理论，提出丰富的控制策略。

分布式电源系统是目前供电模式的主流架构之一，而分布式DC-DC变换器是分布式电源系统主要的结构方式。与独立运行DC-DC变换器相比，其运行方式与控制策略具有明显的不同，表现为输入端要承受光伏输出、燃料电池和储能设备等时变电能波动性的影响，输出端要满足不同输出负载的要求，是一个具有双向能量流约束的系统，且变换器间相互干扰增加了系统的不稳定性。.因此，本项目采用不连续控制系统理论研究分布式DC-DC变换器的稳定性和控制策略，主要包括以下三方面的内容：一是研究了分布式DC-DC变换器不连续工作特性和稳定性分析；二是研究了分布式DC-DC变换器的不稳定特征及其对其它变换器的影响研究；三是在满足输入输出双向约束和变换器间相互干扰作用下，提出了适用于分布式DC-DC变换器的不连续控制策略。.通过本项目的系列研究，得到了以下重要结果：一是在分布式DC-DC变换器级联和多负载变换器情况下，源变换器的稳定性对负载变换器的可靠运行起着决定性的作用，并得出通过参数优化方法可抑制直流级联变换器系统的不稳定现象；二是光伏阵列v-i的输入非线性会使分布式DC-DC变换器发生霍普夫分岔，从而使稳定状态进入低频振荡的不稳定状态，同时并网逆变器也会产生不稳定行为影响并网电能质量；三是为适应不同输入电压和不同负载的要求，以Boost变换器为例建立了分布式DC-DC变换器的双状态切换不连续模型；四是运用不连续理论中的符号方法及熵方法，分析并量化了直流分布式电源系统中DC-DC变换器的复杂动力学行为；五是运用不连续控制理论在控制电路中加入零补偿环节用以抑制分布式DC-DC变换器的次谐波振荡。同时，取得了丰硕的研究成果，其中公开发表论文9篇，SCI收录4篇，出版中文专著1部。.本项目的科学意义为：一是将不连续系统理论引入分布式DC-DC变换器的分析，解决了其在双向能量流约束下的稳定性分析问题；二是将分布式DC-DC变换器视为不连续系统，可以基于不连续系统理论，提出了相应的控制策略。