【研途风采】山东大学 程成：主动思考，保持热情

电力系统自动化微信公众号开辟“研途风采”栏目，邀请优秀的硕博士做客微信公众号，分享自己的研学感悟。愿其能成为您漫漫研途上的点点星光，给您带来些许灵感与光亮。本期嘉宾是山东大学程成博士后。他将分享自己的科研心得，希望能为有需要的同学们带来一点参考和启发。

程成，男，2023年底博士毕业于南京航空航天大学自动化学院电气工程系，师从谢少军教授。现于山东大学控制科学与工程学院从事博士后研究工作，合作导师为陈阿莲教授，主要从事新能源并网系统中逆变器的稳定性分析及控制技术研究。目前，主持国家自然科学基金青年科学基金项目、中国博士后科学基金面上项目、山东省自然科学基金青年项目，作为骨干参与国家重点研发计划、河南省重大科技专项以及多项国家自然科学基金项目。担任《电力系统自动化》、IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics等多个期刊审稿人。博士期间以第一作者发表SCI一区top期刊9篇及国内Ei期刊2篇，获得博士研究生国家奖学金、南航“临近空间杯”博士生科技创新二等奖、三好研究生标兵、优秀毕业生等荣誉和奖励。

跟网型逆变器作为连接新能源与电网的重要接口装置，其稳定性是新能源并网系统运行的关键。目前，流行的小信号理论无法分析大扰动下的稳定性，而现有的大信号研究仅局限于分析同步环与弱电网之间的暂态交互，尽管部分文献开始关注了电流控制的影响，但分析方法局限性明显。因此，并网逆变器严格、普适、直观、简便的稳定性分析是目前尚未解决的难题。

为此，我在攻读博士期间围绕着同步和脉宽调制（PWM）饱和双重非线性问题（如图1所示），提出了面向单相跟网逆变器统一的非线性频域稳定性理论。

图1 单相跟网逆变器统一结构

主要成果为如下4个稳定性分析方法：

成果1：提出了开环同步方法代替传统的锁相环同步，并基于圆判据定理提出了开环同步框架下并网逆变器系统的统一非线性频域稳定性判据（即绝对稳定性判据），如图2所示。判据显示：在满足电流环路与弱电网交互稳定的前提下，若所分析的系统能够使得同步增益上限与频域函数满足不等式Re{N(jω)}<1/η, 则逆变器在大小扰动下都能够稳定。

图2 小信号稳定判据与绝对稳定判据的图示比较

成果2：基于Nyquist判据提出了用于参数稳定性分析的新方法，命名为“固线移点”法（如图3所示）。与传统的根轨迹和Bode/Nyquist绘线等分析方法不同，提出的方法仅需绘制一条Nyquist曲线，并通过比较在复平面实轴上代表参数变化的点(-1/Δχ, j0)与Nyquist曲线的相对位置，即可观察出参数变化下的稳定区域以及稳定裕度，而不需要绘制每个参数点下的多条Nyquist曲线或Bode幅频曲线，因此十分直观且易于分析。

图3 “固线移点”法的示意图

成果3：提出研究PWM饱和影响下并网逆变器的稳定性问题，为减小传统描述函数法在谐振滤波器应用下的复杂度，改为采用“固线移点”法评估并网逆变器的饱和稳定性（如图4所示），明晰了直流电压、饱和程度、电网阻抗等因素对饱和稳定性的影响。

图4 饱和稳定性分析示意图

成果4：将PWM饱和区间化方法融入提出的绝对稳定性判据中，使得绝对稳定性分析能够面向计及同步非线性及PWM饱和双重影响下的跟网逆变系统（如图5所示），进一步扩宽了绝对稳定性判据理论的应用范围，继而明晰了双重非线性影响下逆变器的失稳机制以及稳定性改善方向。

图5 计及双重非线性的频域分析示意图

首先，感谢我的导师谢少军教授多年的栽培和指导。科研之路曲折且满布荆棘，当披荆斩棘弄清或解决一些问题后，会有拨云见日的喜悦。希望我总结的科研感悟能为读者朋友们提供有价值的参考。

01

科研起步阶段最为困难，特别是对于申请考核的博士生来说，新的科研环境，新的研究课题，以及较短的年限确实让人倍感压力。我深感时不我待，主动思考如何快速学习基础知识以尽快进入科研状态。首先，找了本领域较为经典的几篇论文，由于没有基础很难看懂，于是寻找相关的专著和资料，在便签上计划着在尽可能短的时间内强迫自己弄懂相关知识，记录下不懂的问题，思考之后及时交流。对于依旧弄不明白的问题，暂时放一放，当知识储备到达一定程度时，会在某一天突然灵光一闪就想明白了。在夯实基础的同时，也需要时刻关注最新发表的顶刊论文，多思考研究动机的合理性、研究方法的局限性、理论分析的严谨性等等问题。带着问题看论文才能够更快地掌握领域知识，并且积极与课题组同门交流，以形成正确的认识和见解。

除了积极交流之外，也应适当独处，其实很多idea都是在独自安静放松的状态下想出来的，这一点不止我是如此，包括“研途风采”的前几期老师以及一些同门们也有同样的感受。但是，一个好的idea真正实现会面临各种问题，特别是科研初期，要么思考不成熟原本就是错的，要么极大牺牲了其他性能，要么难以工程实现，可能想了十个点子，有效的也就一个，甚至一个都没有，这都很正常。记得我在学习了逆变器的全前馈方法后，觉得应该有机会把前馈的所有微分项都去掉，于是想了一个间接控制方法，在推导传递函数时确实消除了所有的微分项，但是实际验证时发现预期的基准是难以跟踪的。类似的经历有很多，正是各种失败经历和追溯反思过程，才能真正理解现有技术的内涵，而不是浮于表面，这对自己进一步总结经验、提出可靠的创新方法非常重要。

02

理论结合实际也尤为重要。起初我只是停留在变流器的控制理论上，硬件知识较为匮乏，每当实验室同门们讨论起硬件电路问题时，我只能尬尬地说“我对硬件不怎么了解”。因为不懂硬件，我觉得我的科研是没有“底气”的。后来，我开始学习硬件电路设计，搭建逆变器台子、经历了绘制PCB、投板子、焊板子、调试等过程，体会到做硬件也非常有趣，也深入了解到工程电路中的诸多实际问题，也深刻感性认识和理解了理论与实际的区别点在哪里，也启发了我从控制角度解决部分问题。博士后参与了国重和省重大等项目，更加深刻体会到了实验室的逆变器研究和应用到现场的产品研究有着很大区别，项目的实际落地需要考虑全面，解决各种实际工程难题，而不是在实验室研究中那样只关注于局部问题。这些经历加深了我对工程现状及行业水平等情况的认识，也逐渐培养了自己以工程实际为导向的科研意识。

03

保持科研热情最为重要。和各种电气量、公式、电路板打交道的确枯燥，特别是：难题很久解决不了，一个自认为很好的idea最后发现是错误的，花费很多精力得不到认可的时候，会出现挫败、迷茫、自我否定的心理，当毕业压力存在，这种负面情绪将越来越严重，继而导致恶性循环。对此，我的浅薄建议是：

1）做合适的研究：研究大致分为两类，一种为基于现有研究进行填补拓展工作，另一种是提出新的理论方法。我建议一开始先做些填补性的工作，了解本领域知识的同时也对创新方法有深入的了解。当发了论文，毕业压力缓解时，就应当开展创新性较大的研究工作，应当思考如何解决现有“难啃”的难题，如何提出新的创新方法等，不仅完成毕业也为未来科研之路做好铺垫。

2）凡事尽早：首先，要抱着学习和创新的态度科研，而不是仅仅为了获得毕业证书，这样才会觉得科研生活是充实而不是痛苦的。此外，尽早进入状态并有科研产出才能获得各个方面的主动权。因此建议：有了好的想法，并得到了很好验证，应当尽快撰写论文，一是在撰写过程中会更加细致考虑问题，发现先前未发现的逻辑错误；二是及时公布自己的成果；而更为重要的是提升自己的信心，尽早地给自己科研心态构造一个“正反馈”的良性循环，以避免长期陷入科研无所得的焦虑中。

3）自我放松，自我激励：博士焦虑是常态，很少有博士是一路快乐到毕业的。有时是科研引起的焦虑，有时候是长期神经紧张引起的莫名焦虑，可以睡大觉、运动或者看看搞笑的抽象视频来缓解焦虑症状。人都有惰性，也需要寻找合适的方式自我激励督促，比如：给自己一些完成目标的奖励，去听一场学术报告得到一些启发和思路，或者看一些励志新闻和视频激励自己等等。

4）每一个优秀的人都会有段沉默的时光，会受到各种打击，最最重要的是相信自己，别怕失败，昂起头来继续前进。

松弛有度的科研才会长远，在繁忙的科研中也需要挤出时间给自己。我在空闲时候喜欢和实验室同门去打篮球、游泳、爬山，排解压力的同时还可以锻炼身体并增进实验室情谊。抽空看看NBA，感受比赛的热情。有时候也会独自骑着共享单车瞎溜达，吹吹翠屏山的晚风，感受鸡鸣寺的樱花、钟山的绿荫，让内心放空，体会生活的美好。