【熱點專題論文】浙江大學胡輝勇等：主從控制下直流微電網穩定性分析及有源阻尼控制方法

2017-08-28 07:05:42 大云網　點擊量：評論 (0)

研究背景

隨著可再生能源的大量接入，直流微電網作為一種高效利用的系統被廣泛應用。直流微電網一
般由多個電源、恒功率負載等功率模塊組成，多個電源之間大多采用主從控制，即一個電源是
電壓控制型作為主電源，其余電源是電流控制型作為從電源。在控制設計時通常能確保單個功
率模塊獨立運行時穩定，但組成系統時功率模塊將會互相影響，從而降低系統穩定性。另一方
面，恒功率負載的負阻抗外特性會進一步加劇系統不穩定。

以往研究針對單源單負載、多源并聯多負荷并聯情形的穩定性，給出了很多有益結論，但經常
忽略系統節點之間的阻抗，或者給出的穩定性判據不能適用于環網。

解決的問題

針對含電壓控制型主電源、電流控制型從電源、恒功率負載、系統節點間阻抗等復雜的主從控
制直流微電網的穩定性分析與提高問題：

1）給出的基于阻抗的主從控制直流微電網穩定性判據能兼容考慮系統節點間阻抗；穩定性判
據對系統結構無特定要求，可適用于放射型系統，也適用于環形系統，區別只在于系統導納矩
陣；在各功率模塊自身穩定的前提下，只與各功率模塊的阻抗/導納相關，相應的阻抗/導納是
有明確物理意義的量，分析系統級穩定性時不用再顧及單個模塊的穩定性，簡化計算；能夠將

系統節點導納矩陣與其他部解耦；可分析含電壓控制型主電源、電流控制型從電源、恒功率負
載、系統節點間阻抗等復雜直流微電網的穩定性，且易于擴展。

2）提出了基于雙準PR控制器的有源阻尼控制方法，能夠在不增加系統硬件成本和改變輸出阻
抗低頻段幅值的同時，有效地提高系統穩定性且不影響系統穩態潮流分布。

重點內容及創新點

文章給出了一種基于阻抗的主從控制下直流微電網系統穩定性判據，并提出了一種基于雙準比
例諧振(PR)控制器的有源阻尼控制方法。首先，利用單元連接法對各電源、恒功率負載等功率
模塊進行戴維南/諾頓等效，得到相應的阻抗/導納，結合系統節點導納矩陣給出了一種基于阻
抗的主從控制直流微電網的穩定性判據。其次，通過雙準PR控制器在電壓控制型主電源輸出
阻抗中串入有源阻尼，能有效降低輸出阻抗幅值的峰值，提高系統穩定性，同時不改變輸出阻
抗的低頻段幅值。最后，三機四節點環形直流微電網的仿真結果驗證了所提穩定性判據和有源
阻尼控制方法的有效性。

結論

本文給出了一種基于阻抗的主從控制直流微電網穩定性判據和一種基于雙準PR控制器的有源
阻尼控制方法。該判據只與各功率模塊的阻抗/導納相關，與系統節點導納矩陣解耦，比較直
觀，易于擴展；既適用于放射型系統，也適用于環形系統。提出的有源阻尼方法有效地提高
了系統穩定性，同時不影響系統穩態潮流分布。三機四節點環形直流微電網的仿真結果驗證
了所提穩定性判據和有源阻尼控制方法的有效性。

后續研究

此外，當直流微電網中存在多個電壓控制型電源進行下垂控制時，可建立其戴維南等效電路獲得其輸出阻抗，亦可構建相應的對等控制下直流微電網穩定性判據，這將在之后的研究中作進一步的分析。

作者介紹

胡輝勇

胡輝勇(1991)，男，博士研究生，研究方向為微電網穩定性分析與控制等，E-mail：huhuiyong@ zju.edu.cn。

團隊介紹

浙江大學電氣工程學院擁有電氣工程國家重點一級學科，先后被列入國家“211”和“985”工程重點建設項目，擁有電力電子技術國家專業實驗室、電力電子國家工程研究中心和浙江省海洋可再生能源電氣裝備與系統重點實驗室。學院在新能源開發利用領域研究歷史悠久，研發實力雄厚，在多項國家科技支撐計劃、863項目、國家自然科學基金、省部級重大項目等支持下，對新能源中風電、光伏、儲能等相關利用和并網技術進行了理論到實踐的深入研究，研究成果得到了國內外學術界及社會的認可，如“高壓直流輸電工程成套設計自主化技術開發與工程實踐”獲2011年國家科技進步一等獎，“復雜非線性電力系統的穩定控制與智能優化理論與方法的研究”成果獲2008年獲國家自然科學二等獎，“新型高增益高效率變流器拓撲、控制及其應用”獲2011年浙江省科技進步一等獎等省部級以上獎勵12項。

浙江大學分布式發電與交直流混合供電研究團隊由韋巍教授、項基教授、彭勇剛教授、于淼博士等人組成，目前擁有教授3人，講師1人，研究生30余人。在分布式發電、交直流混合供電與微網、智能電氣裝備與自動化等方向有著豐富的研究成果。近年來，牽頭承擔了國家十二五主題項目“海流能發電與海島新能源供電關鍵技術(2011AA050200)”，參與承擔國家863項目“高密度分布式能源接入交直流混合微電網關鍵技術(2015AA050104)”、“基于分布式能源的用戶側智能微電網關鍵技術研究與集成示范(2014AA052001)”、國家重點研發計劃“含高密度新能源發電的電網源荷端動態響應與自愈控制(2016YFB0900605)”、“高可靠交直流混合配電網關鍵技術研究與示范(2016YFB0900503)”、“適用于分布式可再生能源交直流互聯的關鍵設備研制(2017YFB0903303)”、國家自然科學基金“AC/DC 混合微網即插型分級智能控制理論與算法研究（51377142）”等科研項目。

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