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1、电力自动化编制于2014年8月14日，第34卷，第8期，第34页8月14日摘要：具有负阻尼特性的恒功率负载与接入变流器的分布式电源的级联，容易导致系统振荡，给DC微网的稳定运行带来隐患。通过在平衡点建立恒功率负载下变换器的小信号模型，推导出变换器占空比与母线电压的传递函数，并从理论上分析了传统PI控制器不能提高系统稳定性的原因，进而提出了一种提高DC微网母线电压稳定性的新控制策略。通过绘制闭环系统的根轨迹图，分析了控制器参数对系统稳定性的影响。以DC双源双负载微网为例，建立了MATLAB Simulink仿真模型。仿真结果表明，所提出的控制策略能够保证DC微网在孤岛和并网运行下的稳定运行。关键。

2、词：微电网；DC微电网；恒定功率负载；振荡；稳定性；控制；电压控制中间图分类号：TM文件识别码：adoi:10 . 3969j . ISSN . 10066047 . 2014 . 08 . 011 DC微网恒功率负荷母线电压稳定控制策略李玉妹1，2，查晓明1，刘飞1，孙建军1(武汉大学电气工程学院1，湖北武汉430072)2。湖北武汉海军工程大学电气工程学院430033)接收日期：201-0-；修订日期：20140基金项目：国家自然科学基金能源项目(51277137)国家自然科学基金一般项目(51277137) 0简介近年来，传统化石能源日益枯竭，世界各国都在大力发展可再生能源。微电网是由分。

3、布式能源、负载、储能装置和能量转换装置集成而成的可控单元。它是小型化和模块化发电设备与低压分布式电网相结合的产物。这对提高可再生能源的利用率，缓解能源需求与环境保护的矛盾，提高供电的安全性和可靠性具有重要意义。作为一个独立的整体，它可以运行在电网连接或孤岛。在结构上，微电网可分为交流微电网和DC微电网。现有的交流系统结构可以用于交流微网，但与大电网并网时实现同频同相控制比较复杂，稳定性问题也比较复杂。由于大多数可再生能源(如光伏电池和燃料电池)和储能装置都是DC的，现代电气子负载(如计算机、数据中心和通信设备)都使用DC电源，大多数电机驱动也需要DC电源(DC变频电机电源可以省去整流电路)。此。

4、外，由于没有集肤效应，DC电缆的传输容量大于交流电缆，因此DC微网的结构在效率、体积和成本方面都优于交流电缆。但是，DC微网也有其自身的稳定性问题，特别是当DC微网有大功率恒功率负荷时，可能会造成DC母线的不稳定。现有文献分析了DC微网母线电压不稳定的机理，并提出了一些改善稳定性的措施。在文献1中，提出在源侧变换器和恒功率负载之间增加无源阻尼装置来提高系统的稳定性，但这种方法会增加系统的体积和损耗；因此，在文件9中，建议将DC微电网视为一个整体，并且可以通过向连接到交流大电网的转换器的控制器添加主动阻尼信号来改变转换器的等效阻抗。该方法不需要改变原系统结构，通过选择合适的控制器参数可以大大提高。

5、系统的稳定性，但没有考虑DC微网孤岛运行时系统的稳定性控制。参考文献1针对具有恒定功率负载的DC-DC变换器，其通过输出交流-DC电力系统的混合区域振荡控制策略来实现。华北电力大学电气工程系，保定071003；2.文摘：通过计算模态阻尼比对发电机有功功率或DC线有功功率的灵敏度，得到参与振荡模态的临界发电机或DC线，在此基础上，提出了一种由发电机功率输出调节和DC输电调节组成的混合控制策略来抑制大电网的区域L功率振荡。在dig silent中构建了一个8机交流-DC电力系统，并将仿真结果与未实施该策略的情况进行了比较，结果表明，该策略有效地抑制了交流电力系统的区域振荡，提高了系统的稳定性。关键。

6、词：交流电源系统；阻尼比；敏感性分析；振荡；控制；DIgSILENT稳定性；遗传算法ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss本文以并网储能装。

7、置为控制对象，研究了提高DC微网母线电压稳定性的措施。1恒功率负载的uck变换器控制策略1.1恒功率负载的级联系统典型的DC微电网结构如图1所示，其中包含大量的电力电子变换装置。当负载侧转换器在恒定功率条件下与负载一起工作时，与源侧转换器的级联将导致不稳定。图1所示的典型DC微电网通常包含多个分布式电源和多个恒定功率负载(典型的DC微电网包含约75%的恒定功率负载和20%的电阻负载，可提供正阻尼)。图1中DC微网DC母线电压的稳定性是微网正常运行的关键。DC微网的电压稳定性可以定义为当系统受到扰动时，将DC母线电压保持在一定范围内(电压波动不超过额定值的5%)的能力。分布式能源通常需要通过变流。

8、器接入DC微网，负载通常需要变流器来实现控制。以最常用的DC分布式能源通过降压变换器接入DC母线为例，负载包括电阻性负载和恒功率负载。作为一个简化的DC系统，研究了系统的稳定性，如图2所示。在图中，r是等效线路电阻，l是fiLter电感，c是稳压电容，R1是电阻性负载，e是分布能量的电压，il是感应电流，uC是电容电压，在恒定功率条件下工作的负载和负负载侧转换器由电流源iCPL表征，iCPL=PLuC，PL是恒定功率负载的功率。图2所示电路的平均状态空间模型是：ldi ldt=d(t)e-ilrl-ucducdt=il-pluc-UCR 11？IL0，uC(1)，其中d(t)是开关管的占空比函。

9、数；是一个相对较小的正数。由于恒功率负载，它是一个典型的非线性系统。当d(t)=D时，系统的平衡点(，DC)由公式(2)计算：-rlil-ucde=0il-1r1uc-pluc=1？0 (2)通过求解上述方程组，uC=Udc=R1DE R1 2()()伯母(R1)？1升=1升=1升-1升？即公式(1)的非线性系统的平衡点。如果进行开环控制，即d(t)=d赞扬d，让其平衡点为(il，Udc)，让x1=i赞扬L=iL-IL，x2=u赞扬C=uC-Udc，系统在平衡点的小信号模型为：x 1=d赞扬E-x1- 1 x2？X 2=1cx1-1cx2-px2cudc (x2udc) 1？(3)L1 L1 。

10、L2-E图2带恒功率负载的级联系统图2带恒功率负载的DC系统第34卷电力自动化设备图1 DC微网结构图1 DC微网交流大电网负载DC DC DC DC ub ua Uc交流母线DC母线存储池超级电容器储能装置光伏直流交流直流风力交流直流风力发电2机组变流器负载直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流直流MM？在平衡点将上述公式线性化，得到：x 1=d Zan E-x1- 1 x2？X 2=1cx1-1cx2 pcudc2x2？(4)结合图2和等式(4)，可以看出，在Udc 2 P的情况下，恒功率负载可以被视为负电阻。电容电压和占空比的传递函数可由下式得到：H(s)=u 。

11、Zan C(s) d Zan (s)=E s？s k sa1 sa 2(a1=，a2=，k=根据李雅普诺夫稳定性理论，非线性系统平衡点的稳定性条件是所有特征根的实部都是负的。相当于a10，a20，排序为：dc 2 dc 2 1 1 1 1？dc 2？2 (6)恒定功率负载满足上述不等式，并且系统在平衡点稳定，因为R1是线路电阻，其相对较小，并且L和C通常是一个数量级，其通常满足等式(6)中的第一个不等式，并且第二个不等式也成立。从第一个不等式可以看出，恒功率负载系统的稳定性与RL、L、C和阻性负载R1的大小有关。L的选择通常取决于电流和开关频率，C的选择通常取决于输出DC电压和电压波动的要求。。

12、增大RL和减小R1可以提高系统在恒功率负载下的能力。如果不考虑RL的影响，系统平衡点稳定的充要条件是dc 2 1，即恒功率负载小于恒电阻负负载。也就是说，如果系统只有恒定的功率负载，开环操作必定是不稳定的。提高系统的稳定性可以通过硬件措施来实现，如串联电路阻抗、增加电容C和安装储能装置。它也可以通过控制手段来实现，如主动阻尼法(虚拟电阻)、边界控制器、反馈精确线性化控制等。1.2使用比例积分控制器的稳定性分析如果使用传统的比例积分控制器，控制策略是：d(t)=kp(dcref-UC)ki t0b(dcref-UC)dt(7)，其中KP和ki分别是比例和积分系数；Dcref是DC侧参考电压。有：。

13、GP(s)=d表扬(s) e(s)=kp ki s (8)。闭环控制框图如图4所示。闭环传递函数为g(s)=gp(s)h(s)1gp(s)h(s)=k(kpski)s3a 1s 2(a2kkp)skki(9)利用劳思准则，系统的稳定性条件可以得到如下：与开环控制PLUdc 2 R1的稳定条件相比，Udc 2 (10)不仅受到恒阻负负载的影响，还与PI参数有关。由于CEki(1 kpE)0，采用PI控制系统的稳定条件更为苛刻，所以用公式(1)描述的系统的稳定性不能用传统的PI控制来改善。E=400 V，R1=，L=39.5 mH，C=501 F，PL=2000 W，直流=200 V，kp=0.1。

14、，ki=0.01。建立了图2中的MATLABSimulink仿真模型，仿真波形如图5所示。电感器电流和电容器电压振荡，而不是稳定在平衡点(200，5)。PI控制器参数kp和ki的根轨迹如图6所示。闭环系统有一个负实根和两个正实复根。随着kp的增加，两个复根的实部变小，但不是负的；随着ki的增加，两个复数根的实部从零开始增加。因此，从根轨迹的变化趋势可以看出，PI控制器系统在平衡点是不稳定的。图3级联系统模型框图图3系统模型框图图4闭环系统框图图4闭环系统李玉妹框图等。恒功率负荷阶段DC微网母线电压稳定控制策略图8图5采用PI控制器时的仿真波形图5 PI控制器的仿真波形-51025 il 0 . 600 . 620 . 640 . 660 . 680 . 70 ts(a)电感电流波形UDC v 0 . 600 . 620 . 640 . 660 . 680 . 70t/s(b)电容电压波形1.3采用PID控制器的稳定性分析，传递函数为：(s)=kp一致的。