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直流微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，能夠更高效可靠地接納分布式電源。同時(shí)，直流微電網(wǎng)具有系統(tǒng)成本低、可靠性高、變換環(huán)節(jié)較少、損耗較低等優(yōu)點(diǎn)，且不存在無功和相位等問題，具有廣泛的應(yīng)用前景。直流母線電壓是衡量直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的唯一指標(biāo)。直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析對(duì)直流微電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行有重要作用。

有關(guān)研究解決了一些直流微電網(wǎng)各個(gè)換流器的穩(wěn)定性問題，但多是將換流器間的連接方式簡化為單母線或單電源單負(fù)載形式，然而不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選擇會(huì)影響系統(tǒng)潮流分布、保護(hù)配置、接地方式、穩(wěn)定性、系統(tǒng)控制等，不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)是否有穩(wěn)定性差異則鮮有研究。

此外在直流微電網(wǎng)中，由于大量電力電子器件的接入，系統(tǒng)呈低慣性，對(duì)功率、電壓波動(dòng)較為敏感，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)該問題，各國學(xué)者提出了不同的慣性控制策略來改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量。有學(xué)者基于虛擬同步發(fā)電機(jī)控制，提出了一種滿足多約束條件的靈活虛擬慣性控制，通過靈敏度及根軌跡法分析了所提控制中關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。有學(xué)者通過模擬電容的工作原理，為直流微電網(wǎng)提供慣性支撐，并分析了主要控制參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，提供了虛擬慣性系數(shù)的選取范圍。

基于上述問題，華北電力大學(xué)的研究人員針對(duì)不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性差異展開研究。首先，建立不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下的系統(tǒng)小信號(hào)模型；其次，根據(jù)小信號(hào)模型得出各網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)的振蕩模態(tài)，并根據(jù)參與因子法探究不同結(jié)構(gòu)下各系統(tǒng)狀態(tài)變量間的相互作用情況；再次，基于系統(tǒng)根軌跡研究了不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下源側(cè)、負(fù)載側(cè)以及線路參數(shù)變化對(duì)穩(wěn)定性的影響規(guī)律；最后，通過Matlab時(shí)域仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。

圖1 不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)

通過構(gòu)建不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下直流微電網(wǎng)的小信號(hào)模型，通過參與因子分析以及小信號(hào)穩(wěn)定性的方法，華北電力大學(xué)的研究人員探究了不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性的差異，并得出如下結(jié)論：

1）電源和直流線路存在交互作用，恒功率負(fù)載與直流線路基本不存在交互作用。

2）當(dāng)線路對(duì)稱時(shí)，控制器參數(shù)的變化對(duì)不同系統(tǒng)的影響基本一致，其區(qū)別僅在于系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)的振蕩頻率不同。其中，單端環(huán)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)振蕩頻率最高，單電源單負(fù)載系統(tǒng)振蕩頻率最低。當(dāng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同但線路參數(shù)高度對(duì)稱時(shí)，對(duì)不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的分析，都可等效為對(duì)單電源單負(fù)載結(jié)構(gòu)的分析。

3）線路不對(duì)稱時(shí)，當(dāng)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的線路模式對(duì)應(yīng)振蕩模態(tài)處于吸引階段時(shí)，單端環(huán)狀系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單電源單負(fù)載系統(tǒng)和單端輻射式系統(tǒng)。處于排斥階段時(shí)，三個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性基本一致。

以上研究成果發(fā)表在2021年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性分析”，作者為朱曉榮、李錚、孟凡奇。