【《直流微网稳定性分析现状文献综述》4000字】

直流微网稳定性研究现状文献综述为了保证直流微网系统的正常稳定运行，稳定性研究已经作为直流微网的关键基础问题。近年来，国内外许多学者从不同方面对其展开了较广泛的研究。电力电子系统的稳定性在文献中已经被广泛地研究了，但是，通用判定稳定的标准尚未获得。从微网的扰动大小及时间跨度角度出发，微网的稳定性分析可主要分为小信号稳定性分析和暂态稳定性分析两部分REF_Ref72673561\n\h[4]。其中，阻抗比判据常常用来分析系统小信号稳定性。系统的小信号模型建立较为复杂且计算量较大，Middlebrook教授于1976年提出了应用于分布式电源稳定性研究的阻抗分析法，变换器阻抗与系统稳定性联系由此建立，该阻抗分析法利用了状态空间平均法，主要用来分析级联系统的小信号稳定性问题REF_Ref72673489\n\h[3]。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s11级联系统简单模型在如REF_Ref73631177\h图11所示的级联系统简单模型图中，为源变换器输入电压，为其输出电压，、为负载变换器输入、输出电压，为源变换器输入到输出的传递函数，为负载变换器从输入到输出的传递函数，那么该级联系统从输入到输出的传递函数的表达式为： 其中，代表源变换器的闭环输出阻抗，代表负载变换器的闭环输入阻抗，为等效环路增益。为了避免前后模块的相互影响，Middlebrook阻抗判据提出，如果源变换器和负载变换器都能够稳定运行，那么只需要在所有频率范围内负载变换器的闭环输入阻抗远大于源变换器的闭环输出阻抗，即只要满足 其幅相曲线如REF_Ref72537079\h图12所示，即限制小于(一般，即两倍裕量)。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s12Middlebrook阻抗比判据幅相特性曲线在现有的阻抗判据中，可将其大致分为三类：Middlebrook判据、禁区判据和适用于电流型电网逆变器和弱电网组成的级联系统的判据。Middlebrook判据是最早提出的应用于稳定性问题分析上的判据，但该判据的使用条件十分苛刻，这是一个保守的标准，可能会导致更多的系统设计成本，并不适合在实际的工作中使用。鉴于以上原因，阻抗判据的实际使用受到了很大程度的约束。Wildrick接着提出了通过禁区分析所得到阻抗判据，以降低Middlebrook判据的苛刻度和保守性。禁区，即指在极坐标中框定一个范围，只要等效环路增益Tm(s)不进入该区域，则系统稳定。Wildrick提出的禁区可表示为REF_Ref73631102\h图13中的阴影部分REF_Ref72673737\n\h[5]。将Middlebrook判据以禁区概念看待，可以看出Wildrick将禁区缩小了，以此增大了参数设计的自由度，但它仍然只适用于单电压源单负载配电网，不能分析逆变器与电网的相互作用稳定性。近年来，许多研究者提出了不同的禁区面积，但其根本都是满足系统等效环路增益满足奈奎斯特判据。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s13Wildrick通过禁区分析所得到的阻抗判据上述理论和方法为分析和提高由两个并联子系统组成的分布式电源系统的稳定性提供了坚实的基础。然而，随着DPS子系统数量和类型的不断增加，稳定性问题也变得更加复杂。文献REF_Ref72673489\n\h[3]目前，直流分布式电力系统(DPS)的规模正在持续高速增长，这使得稳定性分析成为一个复杂而又至关重要的问题。本文提出了包含一个电压源子系统、多个功率控制源子系统和多个负载子系统的直流配电系统小干扰稳定性的分散阻抗规范。该方法为DPS的每个子系统定义了不变的阻抗指标，只依赖于额定直流母线电压和每个子系统的额定容量。分散不变阻抗规范使得各个子系统可以单独设计，同时保证了DPS的小干扰稳定性。该方法既适用于大规模的直流DPS，也适用于即插即用的直流DPS，但用常规方法进行的稳定性分析会受到维数和参数变化的影响。通过硬件在环测试，验证了该方法的有效性。文献REF_Ref72673881\n\h[7]通过特征根灵敏度分析,得出系统的稳定性能基本不受下垂系数变化的影响，而线路电感和恒功率负荷的变化对系统稳定性能影响较大。文献REF_Ref72673914\n\h[8]在负载突然变化和光伏电池输出变化的情况下分析了并网DC微电网的稳定性，但是并网会使电路变得更加复杂，并且存在更多的稳定性分析案例，且比较分析方法复杂。分析系统稳定性的方法很多，选择合适的研究理论和方法非常重要。通常系统的稳定性分析方法主要包括稳态工作点附近的小信号分析和大信号稳定性分析。系统的大信号稳定性分析方法已被大量文献分析研究，获得了许多研究成果REF_Ref72674003\n\h[9]-REF_Ref72674006\n\h[12]。常用的大信号稳定性分析方法包括相平面分析方法，Lyapunov稳定性分析方法，分叉理论和混沌理论REF_Ref72674164\n\h[13]，Brayton-Moser提出的混合势函数模型和分析方法以及Takagi-Sugeno模糊模型研究方法REF_Ref72674189\n\h[11]REF_Ref72674194\n\h[14]等。文献REF_Ref72674218\n\h[15]指出，相平面分析方法不能量化系统参数与稳定性之间的关系。李雅普诺夫方法是研究系统稳定性的基础，但是对于非线性系统的研究，建立Lyapunov函数非常困难，没有通用的方法；有效的非线性控制方法由分叉理论和混沌理论所提出，但是它们都基于离散域模型分析，并且在计算机的帮助下需要大量的仿真操作，这更加复杂。而且，这些方法不适用于小扰动下的系统稳定性研究。但是，在直流微网系统中，不仅存在较大的干扰现象，例如大的电压降REF_Ref72674006\n\h[12]，而且在稳态工作点附近还存在小信号干扰。显然，传统的大信号稳定性分析方法不足以满足系统要求。稳定性分析要求对系统进行小信号稳定性分析REF_Ref72674218\n\h[15]-REF_Ref72674307\n\h[17]。文献REF_Ref72674335\n\h[20]使用小信号模型来分析孤立的光伏微网的稳定性，并研究负载跳跃和输入电压变化的影响。但是，大多数研究只是分析了参数变化下的稳定性，还没有获得系统不同参数平面下的稳定性边界，无法解释不同参数的相互作用影响。文献REF_Ref72674642\n\h[22]文献REF_Ref73665417\n\h[28]对电感电流连续工作模式下Buck变换器的小信号建模以及设计做了优化改良，针对级联系统，提出一种好用的针对电流扰动的方法，用来测试变换器的输入输出阻抗的大小。并利用禁区的方法分析整个系统的稳定性。绘制频域曲线来分析输入电压对闭环输出阻抗的幅值影响以及其峰值受什么因素的影响，同时得出滤波电容是否起作用对系统稳定性也有较大影响。文献REF_Ref73666136\n\h[29]针对储能电池的充电过程做了研究，包括恒流充电与恒压充电，推到了二者蓄电池模块的闭环输入输出阻抗的表达式，同样是利用禁区的方法分析整个系统的稳定性，并分析了储能模块各个参数对系统稳定性有何影响。文献REF_Ref73666971\n\h[30]针对双向有源的直直变换器研究了级联系统的稳定性，下垂控制变换器来推到参数变化对系统稳定性的影响，得出了下垂系数和PI参数与系统的稳定均成反比，另一方面，该文献创新性地建立了变换器的离散模型分析了变换器的稳定性。文献REF_Ref73667549\n\h[31]研究了并网的微电网的稳定性，对交直级联系统做了稳定性的阻抗建模与稳定性的判据分析，并对多并联变换器的微网做了结构分析与阻抗建模。文献REF_Ref73667881\n\h[32]对直直变换器做了小信号与大信号的稳定性建模与参数变化的稳定性分析，对于小信号与大信号建模直接的联系与区别做了深入研究，并针对级联系统做了大信号与小信号的稳定性分析。文献REF_Ref73668222\n\h[33]提出了一种多端口的变换器模型，并研究分析了在直流微网系统的混合供电中该变换器的可行性，对储能电池的充放电提供了新思路。总之，作为包含多个变换器的非线性系统，直流微网可能会不稳定，例如参数变化期间的电压崩溃和低频振荡，这将影响系统的安全可靠运行。目前，关于不稳定性的研究主要仅针对单个变换器。在包含多个电源，多个变换器和多个运行模式的复杂系统中，关于直流微电网的稳定性的研究相对较少，并且能量流，运行模式和系统稳定性之间的关系也很重要。它们之间的关系仍尚不清楚。因此，为该复杂系统的稳定性所采用的精确的理论分析方法需要进一步研究。参考文献周孝信，鲁宗相，刘应梅，等．中国未来电网的发展模式和关键技术[J]．中国电机工程学报，2014，34(29)：4999-5008．刘郁权．基于阻抗理论的微电网稳定性分析研究[D]．上海电力学院，2018.WangX，PengY，JieZ，etal．Decentralizedimpedancespecificationsforsmall-signalstabilityofDCdistributedpowersystems[J]．IEEEJournalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics，2017，5(4)：1578-1588．丁小俊．分布式微网稳定性和运行控制研究[D]．华中科技大学，2019．MiddlebrookRD．Inputfilterconsiderationsindesignandapplicationofswitchingregulators[J]．Proc．IEEEIndustryApplicationsSociety(IAS)AnnualMeeting，1979：366−382．WildrickCM，LeeFC，ChoBH，etal．Amethodofdefiningloadimpedancespecificationforastabledistributedpowersystem[J]．IEEETransactiononPowerElectonics，1995，10(3)：280-285．刘宿城，李中鹏，刘晓东，等．直流微网中下垂控制稳定性及灵敏度分析[J]．电气自动化，2019，41(01)：16-18+50．肖百惠．基于光伏-储能的并网型直流微网稳定性分析[D]．华南理工大学，2018．明佳．直流微网的大信号稳定性分析与有源阻尼方法研究[D]．山东大学，2020．陈艳峰，丘水生．Buck调节器大信号稳定性分析方法探讨[J]．电路与系统学报，2005(02)：15-17+14．KimHJ，KangSW，SeoGS，etal．Large-signalstabilityanalysisofDCpowersystemwithshuntactivedamper[J]．IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2016，63(10)：6270-6280．杜韦静，张军明，钱照明．Buck变流器级联系统直流母线电压补偿控制策略[J]．电工技术学报，2015，30(1)：135-142．李苏川，吕智林，谭颖．基于分岔理论的孤立微网静态电压稳定性分析[J]．广西大学学报(自然科学版)，2016，41(2)：488-497．TengL，WangY，CaiW，etal．RobustmodelpredictivecontrolofdiscretenonlinearsystemswithtimedelaysanddisturbancesviaT–Sfuzzyapproach[J]．JournalofProcessControl，2017，53：70-79．边亚伟．基于储能单元的直流微网系统电压稳定性分析[D]．北方工业大学，2018．ZhongQC，ZhangX．Impedance-sumstabilitycriterionforpowerelectronicsystemswithtwoconverters/sources[J]．IEEEAccess，2019，50(1)：21254-21265．张阳，张军明，杜韦静．负载动态下的级联系统大信号稳定性分析[J]．电工技术学报，2012，27(10)：170-175．ZhangX，RuanX，TseCK．Impedance-basedlocalstabilitycriterionforDCdistributedpowersystems[J]．IEEETransactionsonCircuitsandSystems-I:RegularPapers，2015，62(3)：1-10．张欣．直流分布式电源系统稳定性研究[D]．南京航空航天大学，2014．李晴晴．直流微网光伏接口MPPT变换器的端口阻抗特性及系统稳定性分[D]．安徽工业大学，2017．曹梦林．光储型直