【摘 要】
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直流微电网因其具有灵活的功率调节能力、简化的换流环节,同时不存在功角稳定和频率稳定等复杂的稳定性问题,已经成为接入新能源和直流负载的有效组网方式之一。但是由于电力电子换流器的隔离作用使得直流微电网缺乏旋转动能的惯性支撑,导致直流微电网具有低惯性特性,直流母线电压在功率扰动时会发生剧烈波动。除此之外,直流微电网中存在大量恒功率负载(Constant Power Load,CPL),其呈现的负阻尼特性
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直流微电网因其具有灵活的功率调节能力、简化的换流环节,同时不存在功角稳定和频率稳定等复杂的稳定性问题,已经成为接入新能源和直流负载的有效组网方式之一。但是由于电力电子换流器的隔离作用使得直流微电网缺乏旋转动能的惯性支撑,导致直流微电网具有低惯性特性,直流母线电压在功率扰动时会发生剧烈波动。除此之外,直流微电网中存在大量恒功率负载(Constant Power Load,CPL),其呈现的负阻尼特性会削弱系统的稳定裕度,并且换流器的级联作用也可能引发谐振,导致系统发生振荡,因此直流微电网具有弱阻尼特性。本文针对直流微电网的低惯性和弱阻尼特性展开研究,完成的主要工作如下:(1)首先建立了包含光伏发电单元、储能单元和交、直流负荷的四端口直流微电网模型,探究了各个端口的工作原理和控制方式,对各个端口的数学模型进行小信号分析,得到各个端口所对应的小信号模型。基于此,建立直流微电网的等效阻抗模型,为后续的动态稳定性分析奠定基础。(2)根据阻抗比判据和单位阶跃响应,理论分析了直流微电网低惯性与弱阻尼特性。然后分析了储能单元应用变下垂控制、状态反馈有源阻尼控制以及传统的虚拟直流电机控制(Virtual DC Machine Control,VDMC)的优缺点。此外,本文借鉴直流电机的模型,提出一种应用于储能换流器的VDMC策略,使得储能单元能够模拟直流电机的功率调节特性,为直流微电网提供惯性和阻尼支撑,综合改善系统的动态稳定性。(3)由于所提出的控制策略需增设电流前馈和变下垂控制环节,控制结构较为复杂,因此对所提出的应用于储能换流器的VDMC策略进行改进,得到了一种新型的VDMC,使其具有更为简化的控制结构和更优越的动态性能,并对新型VDMC的动态稳定性进行分析。(4)在MATLAB/Simulink软件中搭建直流微电网的模型,对所得到的结论进行仿真验证,结果表明所提控制策略能够有效提高直流微电网的动态稳定性,即惯性与阻尼特性,保证系统的安全稳定运行。
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