通过小信号环路估计DC-DC开关变换器的大信号稳定区域预测

基于经典线性频域理论可设计DC-DC开关变换器的相对稳定性,系统在小信号扰动下的工作特性得以简便地预测与校正。由于环路增益设计通常留有足够的稳态裕量,因此闭环控制系统也可达到一定范围内的大信号稳定。本文以平均电流控制Boost变换器为典型研究对象,通过建立Boost变换器的控制模型分析其大信号稳定性。借助范数不等式推导出Boost变换器的充分稳定条件,以此估计出系统的稳定区域,并揭示小信号环路增益对大信号稳定区域的影响。最后,通过搭建实验样机验证了该思路的正确性。     

基于改进等效电路模型的直流微电网大信号稳定性分析

对高阶非线性直流微电网进行简化建模是大信号稳定性分析的有效方法。传统简化模型主要关注LC滤波器和线路阻抗等参数,难以分析换流器控制参数的影响,所建立的判据存在难以准确反映直流微电网稳定域的问题。因此,该文提出直流电压下垂控制换流器的具备完整状态变量集的改进等效电路模型,相比于传统简化模型,能更准确地刻画系统低频响应特性。基于混合势理论推导了直流微电网大信号稳定判据及其稳定域,并结合LaSalle不变集定理得到能量指标,以反映系统稳定性变化趋势。建立的稳定判据可指导控制参数优化,且能拓展到多端直流微电网的大信号稳定性分析。在多场景下仿真验证了所提改进等效电路模型和大信号稳定判据的有效性。     

直流微电网集群的大信号稳定性分析

直流微电网集群通常由多个直流微电网互联而成，通过灵活的功率流动控制实现区域能源共享和优化利用，以充分发挥直流分布式发电系统的优势。然而，小规模直流微电网具有低惯性和高阻抗的“弱电网”特性，“弱-弱”互联会降低集群系统的阻尼，甚至出现振荡或系统崩溃等严重后果。同时，直流微电网集群的高阶、强耦合以及非线性动态特性也对其稳定性分析带来了巨大挑战。为此，基于Brayton-Moser混合势理论，提出针对直流微电网集群的大信号稳定性分析方法。建立集群的大信号降阶模型，详细推导用于系统大信号稳定性判据的混合势函数，并分析关键参数对稳定区间的影响，最后通过实时仿真结果验证了该分析的正确性。     

基于回转器理论的电流模式控制型DC-DC变流器统一大信号模型

随着新能源技术的大力发展,直流分布式系统以其独特的优势得到了越来越广泛的关注,逐渐成为业界的研究热点。虽然系统中每个模块都能够单独稳定运行,但由于模块之间复杂的相互作用,系统的稳定性特别是在大信号扰动下的暂态稳定性情况仍是令人困扰的一大难题,且目前该领域的理论研究成果相对缺乏。简单、有效、统一的大信号模型是进行大信号稳定性理论分析的基础。由于电流模式控制方法应用较为广泛,故本文基于回转器理论提出了一种适用于电流模式控制型DC-DC变流器的统一大信号模型。该模型实现了降阶,表达式简单,且仅需修改其中一个模型参数值即可实现对不同拓扑变流器的建模分析,为理论分析系统的大信号稳定性奠定了良好的基础,也为解析形式大信号稳定性判据的提出提供了可能。仿真和实验分别基于Buck、Boost及Buck-Boost变流器对该模型的有效性进行了验证。同时,为验证该大信号模型的完备性,对其稳态工作点附近的小信号特性也进行了分析,并与目前公认的比较精确的电流模式控制小信号模型进行了对比,得到了较好的结果。     

基于模块化多电平矩阵换流器的柔性低频输电系统大信号稳定性分析

为了实现“双碳”战略目标，推动我国能源转型，实现海上风电等大规模新能源的安全可靠送出成为研究关键。柔性低频输电系统通过降低输电频率来提高输送能力并节省经济成本，逐渐成为“新型电力系统”中除传统工频输电和直流输电方式之外的有益补充。但是，柔性低频输电系统的稳定性问题，尤其是大信号稳定性问题仍是工程实践中的难题。为此，采用Lyapunov直接法对基于模块化多电平矩阵换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)的柔性低频输电系统进行了大信号稳定性分析。首先针对系统非线性状态方程阶数较高，导致难以通过经验或者线性系统Jacobian矩阵方法直接构造能量函数的难题，通过扇区非线性方法建立了模糊模型，简洁快速地构建了系统能量函数并计算了大信号稳定吸引域(large signal domain of attraction, LS-DOA)。其次引入多维空间吸引域的映射方法，从频率差异的角度更加直观地揭示了主电路和控制系统等参数对系统大信号稳定性的影响。然后结合线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)凸优化理论，分析了系统...     

基于Floquet理论的模块化多电平换流器小信号稳定性分析

为更好地描述模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)中高次谐波动态的相互作用,基于线性时间周期(Linear Time-Periodic, LTP)系统理论对MMC进行建模,并基于Floquet理论进行MMC系统的小信号稳定性分析。首先通过MMC的桥臂平均值模型建立系统的非线性时间周期系统模型,然后围绕周期轨道将该模型线性化得到MMC的LTP模型,最后通过针对LTP系统的Floquet理论分析MMC的小信号稳定性。分析结果表明：LTP模型可以准确描述MMC的小信号动态响应特性;Floquet分析可以精确刻画MMC参数构成的稳定边界。此外,所提模型和稳定性分析结果通过了基于MMC聚合模型的电磁暂态仿真和验证。     

基于降阶模型的三相Vienna整流器交流级联稳定性分析

以三相Vienna整流器交流级联稳定性为研究对象,给出了dq坐标系下三相交流系统小信号简化稳定性判据,构建了面向级联系统小信号稳定性分析的Vienna整流器阻抗方程;提出并采用一种虚拟阻抗方法,有效改善了Vienna交流级联系统小信号稳定性;构建了完整的仿真与实验模型,给出了详细的理论分析与虚拟阻抗设计方案,结果表明了所提阻抗与小信号稳定性分析的正确性。     

LCL型并网逆变器大小信号模型比较与分析

为了研究应用LCL型并网逆变器大、小信号两种模型在分析并网系统稳定性的相关问题,着重比较两种模型的特点,探讨其应用范围:首先总结了LCL型并网逆变器系统大、小信号模型的搭建过程,归纳了系统参数与控制参数变化对系统稳定性影响;然后比较两模型的复杂程度、精确程度及异同点:其中大信号模型较小信号模型,未考虑PWM控制的影响以及PLL环节使得模型更为简单,输出导纳阶数较低,而二者得到的影响系统稳定性结论具有一致性;并针对多逆变器并网谐振失稳问题,提出大信号模型的适用性;最后,通过仿真验证与理论分析的一致性,探讨了大信号模型在多逆变器并网及不同控制类型逆变器并网应用,以及该模型分析确定谐振失稳点的有效性.     

正反馈孤岛检测方法对基于逆变器的分布式发电系统稳定性的影响

研究了频率正反馈孤岛检测方法对基于逆变器的分布式并网发电系统稳定性的影响。通过建立分布式发电系统的模型,进而得出分析系统稳定性的小信号模型,以分布式电源输出功率作为系统稳定性指标,利用分布式电源输出功率与孤岛检测正反馈增益之间的关系曲线作为工具进行稳定性分析。分析结果表明,正反馈方法对系统稳定性有消极作用,且正反馈增益越大,系统越不稳定。并对影响分布式并网发电系统稳定性的重要参数进行灵敏度分析;最后通过仿真验证了理论分析结果。     

变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析

变速抽水蓄能和直驱风电联合运行系统中存在多种电力电子装置,且运行工况复杂,亟须对该类系统的稳定性进行深入研究.在构造双馈感应电动机小信号模型时,把双馈感应电动机转速作为变量,并引入水泵水轮机小信号模型,建立了d-q-0坐标系下联合运行系统的宽频段阻抗模型;同时对不同工况、不同参数下的系统稳定性进行了相应的分析.分析结果表明:系统在快速转速控制方式下稳定性受电气侧参数影响更大;对于变速抽水蓄能机组与直驱风电机组,前者锁相环阻尼比的减小会增大后者锁相环阻尼比的稳定域,二者控制器积分参数间也存在一定程度的耦合.最后,通过仿真验证了理论分析的正确性.     

一种新的120°导电模式下电压源逆变器建模方法研究

针对现有电压源逆变器(VSI)仿真模型的弊端,利用以开关信号、电流状态、PWM状态为自变量的多变量开关函数表构建电压源逆变器模型,并在Matlab环境下用S函数实现。该模型可通过C编译工具编译成windows可执行的动态链接库文件,极大提高系统仿真速度。并进行系统仿真证明了模型的有效性。理论分析和系统仿真均表明,该模型通用性强、稳定,明显加快系统仿真速度,可用于构建可靠、高效的系统仿真研究平台。     

三相电压型PWM整流器小信号建模及其控制器设计

通过对三相电压型PWM整流器大信号模型及零轴分量的分析,建立了dq坐标系下基于线性解耦的小信号动态模型。基于该模型,建立了系统电流内环及电压外环并分别进行理论分析和设计。在对控制环截止频率进行合理设计的基础上,通过调整控制环开环传递函数零点位置,折中考虑系统的相位裕量和低频增益,得到兼顾系统稳定性和抗扰性能要求的控制参数。最后,Matlab仿真结果和基于TMS320F2812 DSP控制的实验结果都证明了理论分析的正确性。     

基于阻抗分析法的多光伏逆变器接入弱电网稳定性研究

在光伏联网逆变器并联系统中,理想并网条件下设计的逆变控制系统接入弱电网时,会出现遇到控制性能变差、甚至会出现运行不稳定等问题。本文提出了一种基于阻抗的分析方法,通过逆变器的小信号模型推导出逆变器等效阻抗,分析逆变器并联系统的稳定性,并提出了调整逆变器锁相环的设计以使系统稳定的解决方案。仿真结果验证了理论分析及提出方法的有效性和可行性。     

虚拟同步发电机的暂态稳定性分析

虚拟同步发电机通过模拟传统同步发电机的摇摆方程实现换流器的虚拟惯性控制,在大扰动下同样存在暂态失稳现象。文中分析了单机无穷大母线连接方式下虚拟同步发电机的暂态稳定性。首先,建立了虚拟同步控制的换流器的大信号模型并基于奇异摄动理论对系统进行降阶,通过与电磁暂态仿真模型进行对比验证了模型的正确性。然后,在此基础上引入胞映射方法对降阶模型的全局非线性进行分析,求出了以虚拟角速度和虚拟相角表示的相平面的吸引域及故障临界切除时间,并对影响虚拟同步发电机大扰动下稳定性的关键因素进行分析,分析结果与小信号分析的结果进行对比。分析表明,系统参数如电网内阻抗、输送功率、虚拟惯量、阻尼系数及滤波器参数等都对虚拟同步发电机的暂态稳定性有重要影响。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了结论的正确性。     

含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法

含风电场连接的多端柔性直流输电系统易发生系统失稳现象,构建一个精确的小信号模型分析系统小干扰稳定性是必要的。然而,在建立含风电场的有源直流系统小信号模型时,已有文献大多未对风电场进行建模。据此,文中以平均值模型为基础,在时域下建立了包括风电场在内的直流系统小信号模型。为体现换流器自身损耗,计及直流侧等效桥臂阻抗,提出利用部分直流线路电容简化换流器直流侧模型推导;同时,考虑到风电场接入的影响,引入交流公共耦合点滤波电容。在风电场模型构建上,建立了全功率聚合风电场的小信号模型,与风电场侧换流站构成单个状态空间。算例部分搭建了含风电场三端柔性直流输电系统的小信号模型,与PSCAD模型进行阶跃响应及稳定裕度对比,结果表明所提小信号建模方法能够精确模拟小干扰动态响应,且在系统稳定性分析中性能优越。     

电动汽车接入直流配电系统的稳定性及虚拟惯量控制

直流配电系统是未来城市配电系统新的发展方向,随着电动汽车的日益普及,电动汽车的充放电将对直流配电系统电压稳定性产生重大影响。首先,建立了电动汽车不同充放电方式下直流配电系统小信号导纳模型,并利用奈奎斯特稳定判据讨论了不同充放电方式下直流配电系统电压的稳定性差异。其次,为提高系统阻尼及系统电压稳定性,提出了电动汽车不同充放电模式的统一虚拟惯量控制方法,并对比分析了引入虚拟惯量前后系统电压的稳定性差异。最后,通过时域仿真算例和实验验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性。     

电能路由器接入电力电子化配电网稳定性初步分析

针对电能路由器接入目前传统配电网及电力电子化配电网潜在的稳定性问题,在电能路由器主电路拓扑的基础上,基于阻抗匹配理论,详尽推导了电能路由器在dq坐标下的小信号阻抗模型,并通过注入小信号电压扰动信号测量实际阻抗,验证所建立的解析模型的准确性。同时结合广义奈奎斯特稳定性判据以及阻抗模型,分别给出了电能路由器与电力电子配电网并网系统的稳定及不稳定情况下的时-频域仿真验证。在实际物理试验中,分别将电能路由器接入传统配电网及电力电子化配电网,同样验证了模型的正确性及可行性。     

考虑电压动态过程的含电网换相换流器的高压直流输电小信号建模方法

对含电网换相换流器的高压直流输电（line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC）系统进行小信号稳定性分析时,存在小信号模型精度低、分析结果无法为系统稳定运行提供参考的问题。因此,提出一种计及电压动态过程的小信号建模方法。对LCC-HVDC状态空间模型进行改进,修正了逆变侧换流站内部的角度关系与换相角表达式,在模型中引入考虑电压动态过程的状态方程,并基于此模型计算系统运行的控制参数稳定域。通过PSCAD电磁暂态仿真软件对模型进行验证,并与传统小信号模型作对比,结果表明建立的考虑电压动态过程的小信号模型精度高,小信号稳定性分析结果更准确。     

基于激活函数的LCC-S型无线电能传输系统建模和稳定性分析

基于电力电子器件的无线电能传输（WPT）系统是一种开关系统,其大信号模型是研究系统运行特性和稳定性的基础。建模的关键是如何描述系统中的非线性、离散开关变量,为解决这一问题,该文提出一种基于S型激活函数的建模方法。S型激活函数是连续、平滑、可微的且在一定值时具有饱和特性,因此可利用陡度因子较大的激活函数来近似开关的切换过程,将WPT系统由离散的开关系统转变为连续系统。该文以LCC-S型WPT系统为研究对象,构建其开环和闭环模式下激活函数模型,利用该模型分析控制器参数和系统参数对瞬态行为和稳定性的影响,并通过仿真和实验进行验证。结果表明,所构建的模型与仿真和实验结果吻合较好。该模型数学表达式结构简单统一,物理意义明确,是一个具有普遍意义的高精度大信号连续模型。     

企业共生模型及其稳定性分析

为完善企业共生理论,稳定企业共生关系,借鉴生物共生理论和微分稳定性理论,分析了企业共生系统的构成,划分了企业共生关系的类型,构建了企业共生的对称和非对称共生模型,并研究了这两种共生模型的稳定性问题。