【摘 要】
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在直流分布式电源系统中,广泛存在的杂散参数、复杂的组成单元与多变的组合形态给系统的稳定运行带来了潜在的风险,其中,系统的杂散参数,尤其是线缆的杂散参数是引发系统高频谐振的重要因素。在考虑线缆杂散参数系统的稳定性研究中,主要存在两方面的问题,第一,系统谐振是否由线缆杂散参数引起。第二,线缆杂散参数影响系统谐振的机理。针对这两类问题,本文首先建立考虑变换器换流回路杂散参数的小信号模型,作为后续研究的数
【基金项目】
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国家自然科学基金(52177199); 浙江省自然科学基金(GG22E079959);
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在直流分布式电源系统中,广泛存在的杂散参数、复杂的组成单元与多变的组合形态给系统的稳定运行带来了潜在的风险,其中,系统的杂散参数,尤其是线缆的杂散参数是引发系统高频谐振的重要因素。在考虑线缆杂散参数系统的稳定性研究中,主要存在两方面的问题,第一,系统谐振是否由线缆杂散参数引起。第二,线缆杂散参数影响系统谐振的机理。针对这两类问题,本文首先建立考虑变换器换流回路杂散参数的小信号模型,作为后续研究的数学基础。利用状态空间平均法建立典型DC/DC变换器的小信号模型,进而分析杂散参数对变换器动态特性的影响,同时通过测量变换器阻抗,验证模型的准确性。分析第一个问题的前提是在忽略线缆杂散参数的条件下判断系统的稳定性,以排除其它引起失稳谐振的因素。阻抗比判据是判断系统稳定性的重要方法,传统阻抗比判据适用范围有限,本文基于奈奎斯特判据,指出源荷不对等是其不适用于多源场景的根本原因,并据此构造新的阻抗比,用于判断忽略线缆杂散参数系统的稳定性。此外,本文设计了一台6.6 k W的多用途DC/DC变换器,用于搭建实验平台,验证所提判据的正确性。进一步地,分析考虑线缆杂散参数系统的稳定性,基于RLC等效电路,揭示线缆杂散参数对系统高频谐振模态的影响及影响机理。相比特征值法,RLC等效法能够在物理层面解释系统的谐振机理,通过等效电路,本文推导系统阻尼及谐振频率的计算公式,指出线缆电感间接影响系统稳定性,其感值增加引起谐振频率下降,导致电压源变换器等效电阻减小,进而降低系统阻尼。最后,通过实验验证,本文所提RLC等效方法在清晰解释谐振机理的同时能够准确计算系统的谐振模态及临界稳定时线缆电感的感值。综上,线缆电感通过改变系统谐振频率间接影响系统稳定性,其与电压源变换器输出阻抗等效负阻形成的负阻尼电路,是导致高频谐振根本原因。
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