第2期2012年3月电源学报JournalofPowerSupplyNo.2Mar.2012
基于群特性分析的DC-DC变换器级联系统
稳定性判据
张波
(华南理工大学电力学院，广东广州510640)
摘要：电力电子变换器级联的稳定性分析是一个尚未解决的问题，线性电路的阻抗匹配规律不适合开关电路级
联系统的分析和研究。为此，论文尝试将研究对称性的基本理论———群论引入到DC-DC变换器级联系统的分析
中，试图根据DC-DC变换器级联系统的物理结构，定义基本DC-DC变换器级联系统的群集合，探讨它们的群特
性，揭示群特性与级联特性之间的联系及物理意义，由此初步提出一个基于群特性分析的DC-DC变换器级联系统
的稳定性判据，为解决DC-DC变换器级联的问题提供一个新的数学工具。
关键词：DC-DC变换器；级联；群特性
中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：2095-2805（2012）02-0001-05
收稿日期：2012-03-23作者简介：张波（1962-），博士，教授，博士生导师，华南理工大学电力学院副院长，校“电力电子与电气传动”学科带头人。基金项目：国家基金重点项目(50937001)引言
对称性似乎是一个人人皆知的概念，提及对称
性，很自然就定格为几何上的对称性，如等腰三角
形的对称性、圆形物体的对称性等，对于大多数人
来说，对称性仅是一个简单、具有几何意义的概念。
然而对称性除了几何意义外，也是自然界一个具有
普适性定律，它的本质是指一个系统在某种变换下
所具有的不变性，例如等腰三角形具有左右变换下
的不变性、牛顿定律具有伽利略变换下的不变性
等，换句话说就是若一个系统与另一个系统具有某
种变换关系，那么它们就具有相同特性和规律，它
们就是对称的。为此，在物理、化学等众多领域，应
用对称性原理预测和发现了大量未知规律，其中最
著名的例子就是门捷列夫周期律的发现，对称性也
被称为物理学的第一定理[1]。
电力电子变换器级联的目的是实现性能的提
第３９卷第１０期２０２０年１０月电工电能新技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＶｏｌ.３９ꎬＮｏ.１０
Ｏｃｔ.２０２０
收稿日期:２０２０￣０２￣２８
基金项目:中国科学院前沿重点项目(ＱＹＺＤＹ￣ＳＳＷ￣ＪＳＣ０２５)、中国科学院先导Ａ项目(ＸＤＡ２１０５００００)
作者简介:刘 垚(１９９０￣)ꎬ男ꎬ陕西籍ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为电力系统稳定性分析ꎻ
裴 玮(１９８２￣)ꎬ男ꎬ江西籍ꎬ研究员ꎬ博士ꎬ研究方向为直流配电系统运行控制ꎮ含双有源桥式ＤＣ￣ＤＣ变换器的多端直流系统稳定性分析
刘 垚１ꎬ２ꎬ孔 力１ꎬ２ꎬ邓 卫１ꎬ２ꎬ裴 玮１ꎬ２ꎬ３
(１.中国科学院电工研究所ꎬ北京１００１９０ꎻ
２.中国科学院大学ꎬ北京１０００４９ꎻ３.中国科学院洁净能源创新研究院ꎬ大连１１６０２３)
摘要:通过柔性直流技术将多个交直流系统互联形成多端直流系统ꎬ是未来电网的重要形态之一ꎮ
不同电压等级的直流系统可以通过双有源桥式ＤＣ￣ＤＣ变换器接入直流母线ꎮ文章建立了含双有
源桥式ＤＣ￣ＤＣ变换器的多端直流系统的戴维南等效电路及其状态空间小信号模型ꎬ提出了适用于
多端直流系统的阻抗匹配稳定性分析方法ꎻ分析研究了静态工作点、传输线长度、直流电容大小等
参数变化对系统稳定性的影响ꎬ进一步利用奈奎斯特稳定判据确定系统的稳定边界ꎻ并搭建了多端
直流系统的仿真模型ꎬ通过仿真分析对所提出的稳定性分析方法和结论相应进行了验证ꎮ
关键词:双有源桥式ＤＣ￣ＤＣ变换器ꎻ多端直流系统ꎻ小信号模型ꎻ稳定性分析ＤＯＩ:１０１２０６７/ＡＴＥＥＥ２００２０４５ 文章编号:１００３￣３０７６(２０２０)１０￣００１０￣１０ 中图分类号:ＴＭ７１２
１ 引言
随着可再生能源技术的不断进步ꎬ分布式发电
规模和直流负载规模的快速增加ꎬ直流电网凭借其
易于接入、损耗低、电能质量高等优势ꎬ得到了迅速
发展[１]ꎮ另一方面ꎬ现有交流系统的基础设施完
第
47 卷第
10 期
：
3441-3451
2021年
10月
31曰高电压技术
High Voltage EngineeringVol.47, No. 10: 3441-3451
October 31, 2021
DOI: 10.13336/j. 1003-6520.hve.20210858
基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系
统大信号稳定性判据
刘欣博，刘宁，宋晓通，孙晓溪
(北方工业大学电气与控制工程学院，北京100144)
摘要：交直流混合微电网系统中，大量电动机负载和变换器负载由受闭环控制的电力电子设备连接交流母线，
具有负阻抗特性，可视为交流恒功率负载。这些负载在大扰动情况下类似正反馈，会增强扰动信号，降低系统稳
定性，严重时甚至导致整个微电网系统无法正常工作。另一方面，储能单元是系统的惯性环节，合理控制可增强
系统稳定性。为了保障并网运行的交直流混合微电网系统大信号稳定性，文中应用混合势函数方法提出储能单元
互联变流器稳定控制策略，补偿交流恒功率负载的动态性能。首先，根据
abc-办坐标变换，分别得至
ij交直流混合
微电网系统在储能单元充放电状态的简化模型；接着，分别建立系统的混合势函数模型；最后应用第
3稳定性定
理，分别推导得到储能单元不同工作模式下的大信号稳定性判据。判据给出了滤波参数、交流恒功率负载功率、
储能单元充放电功率、储能单元
AC/DC变流器电流内环比例环节系数、电压外环比例环节系数的稳定限制条件。
实验结果验证了所提大信号稳定性判据的正确性。
关键词：交流恒功率负载；储能单元
AC/DC变流器；混合势函数；大信号稳定性；交直流混合微电网
Large-signal Stability Criteria of AC/DC Hybrid Microgrid Based on AC Constant
Power Loads
LIU
Xinbo
, LIU
Ning
, SONG
Xiaotong
, SUN
系统稳定的三种判定方法
系统稳定重要不？那可太重要啦！那咋判断系统稳定呢？第一种，看系统响应。要是系统对输入的反应不过分激烈，不会一下子乱套，那这系统就可能挺稳定。就好比一个人遇到事儿不慌不忙，那这人就比较靠谱。要是系统一点小刺激就大起大落，那肯定不稳定呀！注意啥呢？得观察各种情况下的反应，可不能只看一两次。
第二种，分析系统特征方程。这就像给系统做体检，看看方程的根是啥情况。要是根都在复平面的左半平面，那系统就稳定。这就跟医生看体检报告，指标都正常就放心啦！这里可得小心计算，别出错。
第三种，用劳斯判据。这可是个厉害的工具呢！就像有个超级侦探，能找出系统稳定的线索。按照规则一步步来，就能判断系统稳不稳定。但得仔细，一个数算错都不行。
这三种方法在很多场景都有用呢！比如工程领域，设计电路啥的，得保证系统稳定，不然出问题可就麻烦啦！在控制领域，让机器人稳定运行，也得靠这些方法。优势是啥？能让我们心里有底呀！知道系统稳不稳定，才能放心使用。
举个例子，设计一个自动控制系统，用这三种方法判断稳定性。先看系统响应，发现对不同输入都比较平稳。再分析特征方程，根都在合适的位置。最后用劳斯判据确认，哇，系统稳定！这样就能放心用啦！
系统稳定判断方法很重要，得认真用，才能保证系统安全可靠。你说是不是？
