【摘 要】
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将可再生能源平稳地整合到电网,实现能源结构绿色化的需求日益增加,分布式发电和微电网（Microgrid,MG）技术得到了广泛的发展。由于在电能变换方面具有灵活性、精确性和响应快等特点,电力电子变换器在微电网系统“源网荷”的渗透率不断提高,并深刻影响了系统的动态特性。与传统电网相比,微电网容量小,抗扰动能力较弱,系统多时间尺度动态在非线性结构下交互耦合,导致系统失稳机理更为复杂。为探究微电网系统多时
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51977026）; 四川省科技计划项目（No.2021YFG0255）
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将可再生能源平稳地整合到电网,实现能源结构绿色化的需求日益增加,分布式发电和微电网（Microgrid,MG）技术得到了广泛的发展。由于在电能变换方面具有灵活性、精确性和响应快等特点,电力电子变换器在微电网系统“源网荷”的渗透率不断提高,并深刻影响了系统的动态特性。与传统电网相比,微电网容量小,抗扰动能力较弱,系统多时间尺度动态在非线性结构下交互耦合,导致系统失稳机理更为复杂。为探究微电网系统多时间尺度动态特性以及失稳机理并优化系统稳定运行能力,本文针对电压源型逆变器（Voltage Source Inverter,VSI）为主导的孤岛交流微电网,主要研究内容如下:（1）针对以VSI为主导的孤岛交流微电网,首先建立了系统详细小信号状态空间模型包括逆变器、网络和负载在内。基于该模型,进行了小信号特征值分析,并利用参与因子分析工具识别对系统主导模态影响较大的相关动态。为了简化系统建模过程,提高模型计算效率,还推导了VSI耦合降阶模型。该模型有效保留了内环控制与以下垂控制为主导的低频模态的交互信息。最后,通过特征值分布和时域仿真对比详细模型和传统降阶模型验证了该降阶模型的精度。（2）针对VSI并联孤岛交流微电网,基于Lyapunov稳定性理论研究了系统的大信号非线性稳定性。考虑到交流微网可再生能源发电机组的间歇性特性以及负载投切等暂态扰动问题的存在,从逆变器直流侧和负载侧两方面研究了系统动态稳定程度。为估计系统稳定域范围,基于TS多重建模（Takagi-Sugeno Multimodeling,TSM）的模糊算法被引入,量化分析了系统参数和负载工况对系统稳定域的影响。稳定域估计的有效性也在时域仿真中得到了验证。（3）针对孤岛交流微电网系统关键设备之一的VSI,设计了一种基于阻尼注入的无源性增强调控策略并提出了相应的控制参数设计方法。设计好的无源性控制器可以在多种负载工况或一定LC滤波器参数漂移下确保系统的收敛稳定性。此外,各控制回路还具有良好的动态性能和相对独立的控制带宽。鲁棒性分析和算例仿真验证了调控策略和参数设计的有效性。
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