- 頭條安徽工業大學科研人員提出直流微電網集群的大信號穩定性分析方法2022-11-07 作者：劉宿城、李響 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為進一步簡化直流微電網集群的大信號穩定性解析，安徽工業大學電氣與信息工程學院、安徽工業大學電力電子與運動控制安徽省重點實驗室的研究人員劉宿城、李響、秦強棟、夏夢宇、劉曉東，在2022年第12期《電工技術學報》上撰文，基于Brayton-Moser混合勢理論，提出針對直流微電網集群的大信號穩定性分析方法。
隨著直流功率變換技術的發展，基于直流技術的電力應用得到了復蘇，尤其是在分布式發電領域。在此背景下，直流微電網（DC Microgrids, DCMGs）作為整合可再生能源的有效解決方案應運而生。與交流微電網相比，直流微電網因具有高效率、低成本、控制設計簡單等諸多優點而受到越來越多的關注。
為進一步發揮分布式發電系統的優勢，地理上毗鄰的多個直流微電網可互聯構成直流微電網集群（DCMG Clusters, DCMGC），通過網間靈活的功率流動控制實現電源系統高彈性、高可靠性、經濟性以及最優負載響應等目標。
然而，由于直流微電網通常由分布式可再生能源（如光伏和風電）、儲能系統（如蓄電池和超級電容）以及各類負載等異構單元通過電力電子接口連接至母線，其功率等級為kW級的小規模電源系統，導致系統等效慣量較小、網絡阻抗較大，易受各類暫態擾動（如新能源的間歇性、負載投切、工作模式的切換及短路故障等）的影響，為典型的弱電網特性。
從這個意義上講，直流微電網集群可看作為多個直流微電網的“弱-弱”互聯，系統阻尼將因此進一步降低，可能導致振蕩或系統崩潰，嚴重威脅系統的安全穩定運行。同時，直流微電網集群的動態分析涉及眾多狀態變量及多種非線性因素，如開關行為和恒功率負載（Constant Power Load, CPL）等，其高階動態非線性特性也對集群系統的穩定性分析帶來了巨大挑戰。
一方面，目前對于直流微電網集群的關注不夠，僅有少量文獻研究其穩定性，且重點針對小信號擾動，將系統的非線性問題簡化為線性時不變系統。另一方面，與直流微電網及其系統相關的大信號穩定性研究尚集中于單個直流微電網，對于集群層面的大信號研究不足。
目前的研究工作尚欠缺對于由多個直流微電網互聯形成的集群系統的建模和分析。僅有個別文獻提出了基于T-S多模型法分析直流微電網集群的漸進穩定性區域（Region of Asymptotic Stability, RAS），但由于集群網絡的復雜性，對于系統大信號穩定判定條件不易得到其全解析解，而采取部分解析、部分數值的混合分析方式。
為進一步簡化直流微電網集群的大信號穩定性解析，安徽工業大學電氣與信息工程學院、安徽工業大學電力電子與運動控制安徽省重點實驗室的研究人員劉宿城、李響、秦強棟、夏夢宇、劉曉東，在2022年第12期《電工技術學報》上撰文，基于Brayton-Moser混合勢理論，提出針對直流微電網集群的大信號穩定性分析方法。
圖1 實時仿真測試平臺
他們建立集群的大信號降階模型，詳細推導了用于系統大信號穩定性判據的混合勢函數，并分析關鍵參數對穩定區間的影響，最后通過實時仿真結果驗證了該分析的正確性。
科研人員總結指出：
1）混合勢理論適用于直流微電網集群系統，為通過構造能量函數分析此類復雜網絡的大信號穩定性提供了簡便且有效的依據；
2）導出的穩定性判據能夠有效預測系統的大信號穩定區間，其保守性在可接受范圍之內；
3）恒功率負載為影響集群系統穩定性的主要因素；系統大信號穩定性對聯絡線電感的敏感度相對較低，穩定區域對聯絡線電感的相對變化量并不顯著；
4）環形與鏈形拓撲切換并未對系統的大信號穩定性產生本質影響，鏈形拓撲能夠保證系統大信號穩定運行；但從組網結構而言，環形拓撲比鏈形拓撲多一條潮流通道，因此環形拓撲具有更好的冗余性和更高的可靠性。
他們最后表示，后續研究將重點針對直流微電網集群系統的實證，同時考慮分布式通信網絡對系統穩定性的影響，進一步深入評估與驗證大信號穩定性的分析結果，形成有效的系統控制與設計方法。
本文編自2022年第12期《電工技術學報》，論文標題為“直流微電網集群的大信號穩定性分析”。本課題得到了國家自然科學基金的支持。
