- 頭條不同網架結構下，直流微電網的穩定性有何差異？華電學者發布成果2021-06-16 作者：朱曉榮 李錚 孟凡奇 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語不同網架結構下的直流微電網系統是否具有穩定性差異尚不明確，亟需開展相關研究。基于此，新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）的研究人員朱曉榮、李錚、孟凡奇，在2021年第1期《電工技術學報》上撰文，建立了幾種典型網架結構下系統的小信號模型，并基于參與因子以及系統特征根的變化，研究不同網架結構下系統參數對系統穩定性的影響規律。結果顯示，單獨改變源側控制器參數，不同網架結構下系統的穩定性基本一致，僅存在諧振頻率的差異；單獨改變負載側控制器參數，僅影響與負載有關的振蕩模態，且負載與線路基本不產生交互作用；單獨改變線路參數，由于源網間的交互作用，不同系統間出現穩定性差異。
直流微電網作為分布式發電系統的重要組成部分，能夠更高效可靠地接納分布式電源。同時，直流微電網具有系統成本低、可靠性高、變換環節較少、損耗較低等優點，且不存在無功和相位等問題，具有廣泛的應用前景。直流母線電壓是衡量直流微電網穩定運行的唯一指標。直流微電網的穩定性分析對直流微電網穩定可靠運行有重要作用。
有關研究解決了一些直流微電網各個換流器的穩定性問題，但多是將換流器間的連接方式簡化為單母線或單電源單負載形式，然而不同網架結構的選擇會影響系統潮流分布、保護配置、接地方式、穩定性、系統控制等，不同網架結構下系統是否有穩定性差異則鮮有研究。
此外在直流微電網中，由于大量電力電子器件的接入，系統呈低慣性，對功率、電壓波動較為敏感，嚴重影響系統的電能質量和穩定運行。
針對該問題，各國學者提出了不同的慣性控制策略來改善系統的電能質量。有學者基于虛擬同步發電機控制，提出了一種滿足多約束條件的靈活虛擬慣性控制，通過靈敏度及根軌跡法分析了所提控制中關鍵參數對系統穩定性的影響規律。有學者通過模擬電容的工作原理，為直流微電網提供慣性支撐，并分析了主要控制參數的變化對系統穩定性的影響，提供了虛擬慣性系數的選取范圍。
基于上述問題，華北電力大學的研究人員針對不同網架結構下系統的穩定性差異展開研究。首先，建立不同網架結構下的系統小信號模型；其次，根據小信號模型得出各網架結構下系統的振蕩模態，并根據參與因子法探究不同結構下各系統狀態變量間的相互作用情況；再次，基于系統根軌跡研究了不同網架結構下源側、負載側以及線路參數變化對穩定性的影響規律；最后，通過Matlab時域仿真驗證了理論分析的正確性。
圖1 不同網架結構的直流微電網
通過構建不同網架結構下直流微電網的小信號模型，通過參與因子分析以及小信號穩定性的方法，華北電力大學的研究人員探究了不同網架結構下直流微電網穩定性的差異，并得出如下結論：
1）電源和直流線路存在交互作用，恒功率負載與直流線路基本不存在交互作用。
2）當線路對稱時，控制器參數的變化對不同系統的影響基本一致，其區別僅在于系統失穩時的振蕩頻率不同。其中，單端環狀結構系統振蕩頻率最高，單電源單負載系統振蕩頻率最低。當系統的網架結構不同但線路參數高度對稱時，對不同網架結構系統的分析，都可等效為對單電源單負載結構的分析。
3）線路不對稱時，當環狀結構的線路模式對應振蕩模態處于吸引階段時，單端環狀系統穩定性明顯優于單電源單負載系統和單端輻射式系統。處于排斥階段時，三個系統的穩定性基本一致。
以上研究成果發表在2021年第1期《電工技術學報》，論文標題為“基于不同網架結構的直流微電網穩定性分析”，作者為朱曉榮、李錚、孟凡奇。
