[发明专利]一种电力电子系统的广义稳定性判据及应用方法

说明书

本发明公开了一种电力电子系统的广义稳定性判据及其应用方法，当满足系统开环传递函数在S平面右半平面极点数等于其奈奎斯特曲线逆时针包围(‑1，j0)点的圈数时，闭环系统稳定。本发明提出电力电子系统广义稳定性判据，广义稳定性判据用于非最小相位系统，提高判据应用范围，提高准确性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种应用于电力电子系统的广义的稳定性分析及应用方法。

背景技术

随着可再生能源的广泛应用，控制回路和电力电子系统稳定性的分析面临着新的挑战。传统的电力电子系统的稳定性分析已经经过了多年的发展，具有简单直观的有点，极大地简化了对系统的分析和控制。然而，传统判据仅仅使用与特定条件下的系统的分析，比如只能判断最小相位系统，仅基于奈奎斯特判据特殊情况，而随着电力电子技术的不断发展和系统的复杂性的提升，电力电子系统的种类已经远超这些特定情况，因此其已不能满足对所有电力电子系统的分析，例如非最小相位系统，所以提出对电力电子系统的广义稳定性判据势在必行。

发明内容

针对现有电力电子系统的稳定性分析方法的不足，本发明提出了一种广义的稳定性判据，以适用于所有电力电子系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电力电子系统的广义稳定性判据及应用方法，具体步骤包括：

步骤一：根据电力电子系统的传递函数，推断系统是否为非最小相位系统；对于非最小相位系统，根据系统开环传递函数，判断其在S平面右半平面极点数P；

步骤二：画出开环传递函数奈奎斯特曲线图，判断曲线逆时针包围点(-1，j0)的圈数N；对含有积分环节的系统，需考虑其在0Hz的增补频率特性；为准确得出N的值，给出正穿越和负穿越判断方法；

步骤三：把正穿越和负穿越方法延伸到伯德图中，从系统开环传递函数伯德图中得出N的值；

步骤四：考虑到接入弱电网的电力电子系统，其稳定性分析根据弱电网和电力电子系统等效阻抗的比值；其N值从弱电网和电力电子系统等效阻抗的伯德图中得出；

步骤五：对于P＝N的系统，判断其为稳定系统；当P≠N时，则系统不稳定。

步骤一中，电力电子系统的开环传递函数表示为如下形式：

其中，K为常数，s^v为积分环节；分子KN(s)＝0的根为开环传递函数零点，分母s^vD(s)＝0的根为开环传递函数极点；当系统存在一个或多个S平面右半平面零点或极点时，及分子KN(s)＝0或分母s^vD(s)＝0存在一个或多个其实部大于零的根，则系统为非最小相位系统。

步骤二中，画出系统开环传递函数奈奎斯特曲线图后，为了准确得出N的值，需要对含有积分环节的系统，即v>0时，考虑在0Hz时的增补频率特性；对于含有v个积分环节的电力电子开环系统，当ω从0^-变化到0⁺时，相应的开环传递函数奈奎斯特曲线的相角从vπ/2变化到-vπ/2，即当系统含有v个积分环节时，其在0Hz处的奈奎斯特曲线需要增补一个顺时针旋转vπrad的曲线；曲线为关于实轴对称曲线，所以当ω从0变化到0⁺时，需顺时针增补vπ/2的曲线。

再考虑在0Hz时的增补频率特性后，为了更方便和准确得到N的值，用数开环传递函数在点(-1，j0)左侧穿过实轴的次数来代替包围点(-1，j0)的圈数；定义当相位增大时的穿越为正穿越，相位减少时的穿越为负穿越，由此可知，开环传递函数的奈奎斯特曲线逆时针包围点(-1，j0)的圈数即为正穿越数和负穿越数之差，表达式如下：

N＝N⁺-N^-