中低压直流配电系统阻抗建模与稳定性分析

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近年来,随着电动汽车直流充电桩、通讯设施等直流负载的持续增长,人们对直流配电系统的需求也日益增加。与交流配电网相比,直流配电网不需要考虑相位和谐波等问题,只需维持母线电压稳定。但是,当系统中的某些参数改变时,可能导致直流母线电压振荡,进而威胁系统的稳定性。因此,以中低压直流配电系统为研究对象并研究其稳定性具有重要意义。中低压直流母线电压稳定是中低压直流配电系统稳定的关键指标。针对由柔性变换器与输入串联输出并联的多模块Boost+LLC型直流变压器组成的中低压直流配电系统,为分析其小信号阻抗稳定性,建立柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的小信号模型,推导中压和低压直流端口阻抗表达式。采用阻抗分析法分析了表征级联系统稳定性的参数,以伯德图和奈奎斯特曲线为依据,分析了电路参数和控制参数对系统阻抗特性和稳定性的影响。具体研究内容如下:首先,介绍了中低压直流配电系统的拓扑结构及其控制策略。根据子系统的拓扑结构和控制策略,利用小信号建模方法分别建立了VSC小信号模型、直流变压器小信号模型、Buck变换器小信号模型和线路阻抗模型,为后续阻抗模型的推导奠定了理论基础。其次,根据小信号模型,经过推导,得到了柔性变换器直流侧输出阻抗、直流变压器中压侧输入阻抗、直流变压器低压侧输出阻抗和Buck变换器输入阻抗的表达式。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,在仿真系统中注入扰动电流,根据响应的扰动电压与扰动电流的比值,得到了仿真实际测量阻抗的伯德图。通过理论阻抗模型的伯德图和仿真实际测量阻抗模型的伯德图的对比,验证了所推阻抗模型的正确性。根据阻抗模型表达式,分析了电路参数和控制器参数对中压直流端口和低压直流端口阻抗的影响,得到了柔性变换器、直流变压器和Buck变换器的阻抗特性。最后,根据戴维南等效原理和诺顿等效原理,得到了柔性变换器、直流变压器、Buck变换器的等效电路,进而得到了中压直流配电系统和低压直流配电系统的等效电路。根据等效电路,得到了表征中压直流端口和低压直流端口的稳定性判据,分析了电路参数和控制器参数对中压直流配电系统和低压直流配电系统稳定性的影响。
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