【摘 要】
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随着现代电力电子技术的发展以及新能源发电技术的广泛应用,直流配电网可灵活衔接现有配电网络、兼容多类型直流发用电装置,是未来配电网络的发展趋势。然而,大规模可再生能源发电装置的接入、多类型能源的互补与就地消纳、装置间的复杂交互影响,对直流配电网的高效、可靠、稳定运行构成严峻挑战。在此背景下,需要对大规模电力电子装置接入直流配电网的协调控制和多类型电力电子装置的交互影响稳定性进行研究。在协调运行控制方
【基金项目】
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国家重点研发计划“分布式光伏多端口接入直流配电系统关键技术和装备”项目所属课题“直流并网分布式光伏与系统的相互影响及集成设计技术（2018YFB0904103）”；
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随着现代电力电子技术的发展以及新能源发电技术的广泛应用,直流配电网可灵活衔接现有配电网络、兼容多类型直流发用电装置,是未来配电网络的发展趋势。然而,大规模可再生能源发电装置的接入、多类型能源的互补与就地消纳、装置间的复杂交互影响,对直流配电网的高效、可靠、稳定运行构成严峻挑战。在此背景下,需要对大规模电力电子装置接入直流配电网的协调控制和多类型电力电子装置的交互影响稳定性进行研究。在协调运行控制方面,电力电子设备数量与类型的增加,使得直流配电网实现协调控制目标的通信数据量与信息计算量急剧增加。特别是在低带宽通信线路背景下,运行与控制信息的缺失可能造成装置失控或配电网崩溃。此外,具有不同输出特性的电力电子装置之间动态交互影响复杂,且装置数量的增加导致整体数学模型的高阶数,导致阶数灾难而难以进行直流配电系统的稳定性分析与评估。直流配电网的进一步发展能够实现新能源的大规模接入,提高能源利用效率,但是如无法解决其自身的协调控制与稳定性分析问题,又将制约直流配电网规模的扩大。故而对多变换器接入的直流配电网络开展多电力电子装置协调控制与多级母线直流配电网络的稳定性分析研究具有现实意义。因此,本文着重针对多电力电子装置接入背景下的直流配电网络面临的协调运行控制与稳定性分析量大等突出难题展开研究,取得了如下成果:（1）在直流变换器并联运行时,传统直流下垂控制方法因虚拟电阻及线路阻抗影响导致负载侧直流母线电压偏差大的问题。针对直接母线电压补偿可能降低电流均分效果的问题,提出了可同时实现母线电压偏差补偿与提升变换器均流效果的积分下垂控制方法。通过利用负载端电压作为输入变化量,将线路阻抗转换成变换器自身等效输出阻抗,结合积分下垂控制器,在维持原有功率均分控制效果的基础上,补偿母线电压压降,减小线路阻抗直流母线电压的不利影响。所提积分下垂控制方法不仅可降低直流母线电压控制偏差,还可实现提升线路阻抗影响下变换器之间的均流控制效果,提高了系统可靠性。（2）直流配电网中接入变换器数量的增多,导致装置间的协调控制复杂程度与通信数据量急剧增加,限制了直流配电网的进一步发展。本文提出一种基于差异延时控制算法的二次功率协同控制方法,通过对变换器自身功率系数的复用,引入差异延时算法并结合延时竞争机制,实现主控单元的自动选取与变换器二次功率均分控制的实现。在二次控制的实现过程中,通信线路只需传输最大出力单元的功率系数信号。因而,所提控制二次功率均分控制方法的优点是控制算法的复杂度与通信数据量不随着变换器数量的增加而增加,适用于大规模变换器接入下的直流配电网络的协调运行控制。（3）对源荷级联系统的阻抗比应用奈奎斯特稳定性判据进行判定,难以直观反映阻抗不匹配的失稳机理。在奈奎斯特稳定性判据的基础上,结合柯西幅角定理,提出一种基于频域阻抗实虚部的简化稳定性判定方法。在分析过程中,将阻抗和的幅相频率特性曲线对原点的包围映射成频域阻抗和的奈奎斯特曲线对复平面上负实轴的穿越。结合阻抗和实部与虚部的物理意义,从谐振振荡与负阻尼的角度对阻抗不配失稳进行解释。该判据的稳定性判定条件为在源荷级联系统中变换器各自稳定的情况下,阻抗和的负阻尼频段内,没有阻抗和虚部的过零点。利用所提简化判据可实现对振荡失稳频率的准确判定,直观分析失稳振荡原因,为阻抗重塑提供方向性指导。（4）针对多级直流配电系统的整体稳定性分析难以得出系统薄弱环节的信息,进而无法为阻抗重塑策略提供指导的问题,提出一种分级判定的直流配电系统稳定性分析方法。该方法以装置级、母线级以及系统级的顺序进行稳定性分析。首先,确定各变换器自身的稳定性,进而将上级母线等效成理想源的情况下分析直流母线自身的稳定性,最后通过DC/DC变换器的二端口数学模型完成母线阻抗的折算整体的稳定性判定。该方法在保留各直流母线阻抗稳定性信息的同时获取整体的稳定性分析结论,为复杂直流配电网络的稳定性分析提供支撑。本文通过大规模电力电子装置接入后的直流配电网所面临的协调控制与稳定性分析难点开展研究,完善了复杂直流配电网控制与稳定性分析体系,所得成果能够为直流配电网的协调控制与稳定性分析提供技术支撑。
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