基于动态相量法的DC/DC建模与分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着电力电子装置和其他非线性元件广泛应用于电力系统， 这些元件引起的波形畸变及其快速暂态过程对系统机电暂态过程的影响越来越大，相互独立的电力系统电磁暂态仿真和机电暂态仿真，已很难适应现代电力系统对仿真的要求。目前在电力系统机电暂态过程仿真中普遍采用正弦性的准稳态模型，但这种简单模型在进行暂态稳定、电压稳定等动态分析时缺乏准确性。对快速暂态过程的精确描述可以使用详细时域模型，但其非线性时变特性使得分析问题很困难，不利于揭示问题的本质，也不能提供控制方案设计的依据。而且对电力系统的暂态分析全部采用时域模型也是不现实的，所以基于时域模型的电磁暂态过程仿真的仿真规模受到限制。动态相量法(dynamic phasors)是在时域模型的基础上取平均运算建立非线性时不变的动态相量模型，它可以在需要的精确程度上近似时域模型，但却避免了其非自治性。通过对元件变量进行傅立叶变换，导出其主导分量对应的时变傅立叶系数，以此近似元件动态，进一步建立相应的动态相量模型。动态相量模型是介于准稳态模型和电磁暂态(EMT)模型之间的一种相量模型，其模型的复杂程度可根据分析的需要而改变，因此应用于暂态稳定仿真中可以大大提高计算效率而又具有良好的工程精度。动态相量建模已被应用于FACTS器件的建模、三相电机建模等。

PWM DC/DC变换器是指采用PWM控制实现直流电平转换的电力电子装置，常见的电路有BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等。BUCK/BOOST双向DC/DC变换器(BUCK/BOOST Bi.directional DC/DCConverter，BBBC)是一种输入、输出电压极性不变，输出电流可正可负的二像限运行DC/DC变换器。BBBC实现了能量的双向传输，具有体积小、重量轻的特点，在电动汽车、航天蓄电池充电系统、分布式发电系统、燃料电池系统等需要能量双向流动的场合得到了广泛的应用。为了便于对PWM DC/DC变换器进行系统设计、仿真研究和稳定性分析，希望能建立PWM DC/DC变换器的数学模型。通过动态相量法对一个开关周期内的状态变量进行傅里叶分解，然后进行平均运算，是一种大信号时不变模型，通过增加模型的阶数可以提高模型的准确性，且能方便地估计纹波大小。

1991年,Seth R. Sanders等人首次提出了统一建模理论。统一建模理论以系统状态方程的傅里叶级数展开为基础，也称为动态相量理论。动态相量理论通过对元件变量进行傅立叶变换,导出其主导分量对应的时变傅立叶系数,以此近似元件动态,进一步建立相应的动态相量模型。动态相量模型是介于准稳态模型和电磁暂态模型之间的一种相量模型，具有时不变(自制)非线性动态特性，在系统分析和设计中可以在一定程度上代替详细时域模型。并且模型的复杂程度可根据分析的需要而改变, 在稳态时可以简化为准静态模型。1999年，Vahe A.Calishkan等人使用动态相量理论，对DC-DC BUCK变换器进行了开环和闭环的仿真。1999年，Mattavelli P,Stankovic A M,Verghese G C等人运用动态向量法对晶闸管串联电容器的控制进行了建模与分析。2000年，Stankovic A M，Mattavelli P，Caliskan V等人将动态向量法应用于柔性交流输电设备分析。2000年，Stankovic A M,Aydin T运用动态向量法对电力系统中的不对称故障进行了分析。2002年，汤涌.在电力系统数字仿真技术的现状与发展一文中进一步介绍了动态向量法在电力系统中的应用。2002年，Stefanov P C,Stankovic A M对不平衡条件下UPFC的工作进行了分析与建模。2003年，戚庆茹等人对动态相量理论在电力电子装置里面的建模和仿真的应用做了初步的探索，并在随后把动态理论用于电力系统仿真中。2003年，黄胜利，宋瑞华等人应用动态相量模型对高压直流输电引起的次同步振荡现象进行了分析。2004年，何瑞文，蔡泽祥.将动态相量法应用于电力电子变换器的建模与仿真分析。2005年，何瑞文,蔡泽祥进行了结合谐波特征的可控串补动态相量法建模与特性分析的研究。2007年，应迪生,张明,陈家荣三人，应用动态向量法对三相分布参数线路进行了建模与仿真。2008年，鄂志君,应迪生,陈家荣等人应用动态相量法对电力系统进行了仿真。2008年，鄂志君,房大中,陈家荣对静止无功补偿器的动态相量模型的混合仿真算法进行了研究。2010年，王钢,李志铿,李海锋,黎小林等人对交直流系统的换流器进行了动态相量法的建模与分析。2013年，沈建冬，张莉，赵勇将动态向量法应用于Buck变换器DCM模式下的建模分析。2013年，王鹏云对基于DCM模式的Buck直流变换器进行动态相量法分析。2013年，孙慧平,王西田,李秀君对高压直流输电动态相量模型进行了改进。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

（1）基于动态相量的基本理论，研究该理论用于pwm dc/dc变换器建模的一般数学方法以及纹波的计算方法。

（2）通过选择模式分析法对动态相量模型简化，建立pwm dc/dc变换器的小信号模型。

3. 研究计划与安排

1.1-2周查阅相关文献资料；

2.3-4周撰写开题报告；

3.2016年3月20日前上传开题报告；每三周上传一次阶段性成果；

4.5-10周根据要求具体设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 叶卫华, 李富鹏, 王勇锋. 基于动态相量法的 pwm dc/dc 变换器的建模与分析方 法[j]. 电子与封装, 2011, 11(11): 22-28.

[2] 张波, 戴栋, 马西奎. 一种基于动态相量理论求解的 dc-dc buck-boost变换器大信号频率响应模型[j]. 2008.

[3] 德鸿. 电力电子系统建模及控制[m]. 机械工业出版社, 2006.

[4] 丁小满,张从旺.电力机车直流变换器的设计[j]. 铁道技术监督. 2012(10).