【摘 要】
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直流配电系统具有可靠性高、灵活性好、经济性优的特点,已成为接纳高比例可再生能源和高比例电力电子设备的重要方式。直流配电系统具有低惯性弱阻尼特性,且由于多时间尺度的控制环节和物理电路的相互作用,容易产生高频振荡现象。目前对直流配电系统振荡机理分析较少,稳定控制方法复杂多样,本文针对这一问题展开研究,对振荡机理进行分析,并根据分析结果提出相应控制方法,主要工作总结如下:(1)建立了直流配电系统主从控制
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直流配电系统具有可靠性高、灵活性好、经济性优的特点,已成为接纳高比例可再生能源和高比例电力电子设备的重要方式。直流配电系统具有低惯性弱阻尼特性,且由于多时间尺度的控制环节和物理电路的相互作用,容易产生高频振荡现象。目前对直流配电系统振荡机理分析较少,稳定控制方法复杂多样,本文针对这一问题展开研究,对振荡机理进行分析,并根据分析结果提出相应控制方法,主要工作总结如下:(1)建立了直流配电系统主从控制和下垂控制方式下的降阶模型。推导了刻画直流母线电压的四阶微分方程,通过灵敏度方法分析振荡频率对不同控制参数和电路参数的灵敏度,发现内外环积分系数对高频振荡频率的影响小且可以忽略,而内外环比例系数、等效电感、滤波电容等对高频振荡频率的影响较大,从而实现了系统的降阶,建立了主从控制和下垂控制下系统的二阶微分方程,为解析关键参数对振荡频率的影响规律提供基础。(2)揭示了直流配电系统的高频振荡机理。分析了主从控制和下垂控制下的降阶模型振荡频率,通过降阶前后系统的振荡频率的对比,验证了降阶模型的准确性。对高频振荡机理进行了解析化分析,获取了上述两种控制方式下不同参数对振荡频率的影响规律,利用解析方式直观地刻画了控制参数、电路参数对系统振荡频率的影响规律。搭建了基于Matlab/Simulink的低压和中压算例进行时域仿真,验证了机理分析的正确性。(3)提出基于电压振荡频率的直流配电系统下垂系数自适应设计方法。针对下垂控制的直流配电系统中下垂系数与系统参数不匹配引起的直流电压振荡问题,利用下垂系数与振荡频率的解析关系优化下垂系数,根据得到的下垂系数与振荡频率的实际关系,按照反向变化趋势将实际曲线映射至目标曲线,设计映射基准时考虑系统阶跃响应和幅频特性,将目标曲线作为自适应下垂系数的设计依据,提高了下垂控制模式下直流配电系统的稳定性。在仿真软件中搭建了自适应下垂系数控制的仿真模型,并进一步搭建了基于RT Box平台的半实物实验系统,通过时域仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。本文通过对直流配电系统进行建模,利用灵敏度分析方法实现降阶,解析了不同控制方式下的直流电压振荡频率,揭示了直流配电系统高频振荡机理,提出了基于解析关系的下垂系数自适应设计方法,抑制了系统振荡,提高了系统稳定性。
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