国家自然科学基金重点国际（地区）合作项目——交直流混联系统建模与控制（51720105008）简介

1 项目简介

随着新能源及柔性直流输电技术的发展，大量电力电子装置接入电网，形成高度电力电子化的交直流混联电力系统，对系统稳定运行和控制带来挑战。在此背景下，项目对交直流混联系统的数学建模方法、稳定分析方法、稳定控制策略和仿真测试技术展开了深入研究，最终形成了一套完整的交直流混联系统建模、分析及控制方法理论体系，具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。

2 主要研究内容

针对新能源并网变换器，项目基于dq阻抗模型提出一种考虑锁相环影响的改进控制方法，扩大了对弱电网适用范围；揭示了变换器直流电压环与电网阻抗间的交互作用，提出一种扰动前馈的改进控制方法，增强了变换器的弱电网稳定性；在此基础上考虑锁相环的影响，提出锁相环扰动前馈与d轴电压扰动前馈相结合的控制策略，进一步提高了弱电网下并网变换器的稳定性。

针对以模块化多电平换流器（MMC）为核心的高压直流输电系统，提出MMC无穷维阻抗建模方法，揭示了MMC的内部耦合机理；为简化模型，提出基于信号流图的模型降阶方法，兼顾了MMC稳定分析的简洁性和准确性；在此基础上提出MMC中低频谐波解耦控制方法，解决了谐波耦合引发的控制难题，提升中低频稳定性；此外，提出一种滤波器-阻尼器联合设计方法，抑制不同控制模式下电网阻抗变化引发的高频振荡。

针对中低压交直流混联系统，将MMC桥臂电感和高频变压器集成，提出一种磁集成三端口电能路由器拓扑，降低了60%的磁元件体积和19%的器件成本，且减少了变换器级数，提升了系统效率；在此基础上提出“MMC+三相DAB”和磁集成四端口电能路由器衍生拓扑，可进一步优化输出电能质量、功率密度和经济性。

针对交直流混联系统灵活、精确、快速的测试需求，分析了数字-物理混合仿真接口的响应特性，并提出一种分频段接口稳定优化算法，可同时保证仿真的稳定性和精确性；研制了开关-线性串联混合型功率放大器，大信号带宽超过5kHz，稳态误差低于2%，效率达到84%，满足了混合仿真高带宽、高精度、高效率的设计目标，支撑了交直流混联系统建模与控制课题的仿真测试研究。

3 研究成果

项目累计发表论文45篇，包括SCI期刊论24篇，其中IEEE transaction系列高水平SCI论文21篇；EI检索论文21篇，其中EI期刊论文8篇；申请国家发明专利32项，其中已授权25项；出版学术专著1部（科学出版社），已销售1000余册；培养和毕业博士生9人，硕士生16人。

相关成果已被应用于全球能源互联网研究院“先进输电技术国家重点实验室”相关项目，支撑了目前国际规模最大的23端直流电网数字-功率混合仿真平台建设。

4 相关平台

（1）多端柔性直流输电实验平台

（2）模块化多电平换流器实验平台

（3）数字-物理硬件在环仿真测试平台

（4）交直流混联电力系统联合实验平台