随着全球性的能源危机和环境问题日益突出,新能源发电技术得到越来越多地发展和应用。在一个独立新能源联合发电系统中,光伏电池、风力发电机可以工作于最大功率点跟踪模式或者恒压模式,同时储能装置可以放电提供功率或者充电吸收功率,所以整个系统将具有多个工作模式。相比单个工作模式的系统,多工作模式系统的非线性动力学行为将更加丰富和复杂,同时控制环路的设计要保证所有工作模式都能稳定工作。本文试图分析此类系统的非线性行为,分析这些行为对系统稳定性的影响,进而进行稳定性的设计。主要工作分为三部分。第一部分工作是建立多工作模式新能源发电系统的动力学模型,提出系统在各个工作模式中的稳定性分析方法以及在两个工作模式边界处的稳定性分析方法,并基于离散模型和平均模型分析系统的光滑分岔和非光滑分岔行为。从数学分析的角度,可以将多工作模式新能源发电系统看成由多个分系统组成,每个分系统有一个特殊的动力学结构,对应一个工作模式。在每一个工作模式里,此系统类似于常规的功率变换器系统,是一个分段光滑系统。因此,多工作模式新能源发电系统的动力学模型是由多个分系统动力学模型组成,且每个分系统是一个分段光滑的动力学模型。提出多工作模式独立新能源发电系统周期-1解稳定性的判定方法,利用离散模型和平均模型,将周期-1解稳定性的分析简化为平衡点稳定性的分析,并利用平衡点处线性化系统的雅克比矩阵特征根来判定平衡点的稳定性,间接判断独立新能源发电系统周期-1解的稳定性。随着外部参数的变化,多工作模式变换器系统将会切换工作模式。为了分析系统在工作模式边界处的稳定性和非光滑分岔行为,需要找到系统相轨从一个工作模式进入另一个工作模式时所穿过的边界上的点,分别分析该点在两个工作模式里的稳定性,从而判断两个模式边界处的稳定性和分岔行为。第二部分为第四章内容,主要研究光蓄联合供电系统的分岔行为,并进行稳定性的设计。该系统中光伏电池和蓄电池分别通过Boost变换器和双向Buck/Boost变换器与直流母线连接,正常工作时有三个工作模式。分别建立了三个工作模式的动力学模型,给出不同工作模式之间的边界以及各个工作模式动力学模型的数学描述。针对系统具有三个工作模式,文中提出一种模式切换的控制策略,使得系统在三个工作模式间能够自由平滑地切换。分别推导系统三个工作模式的离散模型,将系统周期-1解稳定性的分析简化为平衡点稳定性的分析;并推导了离散模型的平衡点以及平衡点的雅克比矩阵,从中推导出随着参数变化时系统的分岔图,从而找出每个控制闭环最恶劣的工况,然后在恶劣工况下推导调节器参数的取值范围,作为系统稳定性的设计依据。最后通过实验验证所提控制策略的有效性,同时验证了在一些参数下系统表现出低频或者高频振荡,即系统发生的光滑分岔和非光滑分岔现象。第三部分内容在第五章,主要研究氢光联合供电系统的分岔行为,并进行稳定性设计。此系统中光伏电池和燃料电池通过双输入Buck变换器直接给负载供电,正常工作时有三个工作模式。文中分别建立了三个工作模式的动力学模型,并给出数学描述。介绍了双输入Buck变换器的工作原理,提出一种工作模式选择电路,使得系统能在三个工作模式间自由平滑地切换。分别建立三个工作模式的平均模型,将系统周期-1解稳定性的分析简化为平衡点稳定性的分析;并推导了平均模型的平衡点以及平衡点的雅克比矩阵。从雅克比矩阵的特征根变化中推导出系统的分岔图,从而找出控制闭环最恶劣的工况,然后在最恶劣工况下进行稳定性的设计。最后通过电路仿真验证系统的稳定性设计,同时验证在一些参数下系统发生的光滑分岔和非光滑分岔不稳定现象。