受环境保护的压力,新能源的开发与利用受到各国的重视.微网作为分布式能源的有效应用手段受到越来越多的关注.通过整合各种能源到系统中,促进了分布式发电(DG)和可再生能源的渗透性,提高了供电可靠性,缓解了化石能源造成的环境问题.然而,由于分布式能源一般采用逆变器接口,增加了微网控制的难度,使得微网的运行特性与传统电网有很大的不同.同时,微网的低惯性、出力的间歇性和随机性,又增加了维持能量平衡和网络稳定的难度,导致传统电网的稳定性问题的分类与分析方法无法完全适用于微网.
　　本文对微网的稳定性进行了深入的研究,主要围绕微网的控制器参数稳定边界、并网稳定性以及控制器设计进行了深入的研究,旨在为微网的运行提供理论参考.
　　本文的主要研究内容和所取得的主要成果如下:
　　(1)建模方法.传统小信号模型分析依赖于事先的平衡点或者固定平衡点,难以分析对平衡点有影响的参数的稳定边界.本文深入探究了基于传统下垂控制下DG系统的平衡点机理,揭示了平衡点与功率、下垂系数的相关性,构建了以功率和下垂系数为参数的平衡点模型.在此基础上,结合实际DG单元运行条件,进一步细化分析平衡点dq分量与参数之间的关系,得到了可简化的两者关系模型.基于此模型,通过对系统的特征值分析,分别在考虑下垂系数对平衡点影响和不考虑下垂系数对平衡点影响两种情况下,比较了系统特征值的变化.另一方面,根据功率与平衡点模型,讨论了功率变动时下垂参数的稳定边界.由于在原DG的状态模型基础上,补充了DG的平衡点模型,因此新的建模方法,有效地克服传统小信号模型在研究参数稳定时依赖于事先的平衡点或者固定平衡点的缺陷,为参数的边界求取提供了一种新的思路.
　　2.边界求取方法.如何求取多参数的混合稳定区间,在微网中控制器设计中有着迫切的需要,特别是对于多参数寻优问题而言.为此,本文针对多参数的混合稳定区间问题,提出了一种基于Mu参数稳定边界求解方法.将参数看做是区间变量,利用不确定参数进行表示.在此基础上提出两种算法分别用于计算区间变量边界.基于该方法,本文对微网中的DG单元频率下垂参数和电压下垂参数的稳定边界进行了讨论,并通过特征值法验证了计算结果的准确性.在处理多参数的边界问题上,避免了穷举迭代的计算负担,为多参数的边界求取提供了一种新的求解方法.
　　3.分布式单元并网的稳定裕度及其稳定性能分析.本文引入鲁棒稳定性和鲁棒性能对分布式并网系统进行评估.目前,并网系统的控制器设计主要基于标称系统,以稳定性、动态性能等为指标进行设计.然而,当逆变器实际接入运行时不可避免的受到运行环境、工况改变等导致的元件参数摄动的影响.这些影响使得逆变器并网系统的理论数学模型和实际系统不可避免地存在偏差,导致按照标称对象设计出来的控制器可能无法满足实际运行时的稳定性能指标.结合这一情况,本文选择鲁棒稳定性及鲁棒性能两类指标对现有的典型的并网控制结构及控制器进行评估.分析了寄生阻抗、线路阻抗、电网阻抗(弱电网下)、电网电压(故障下)等参数摄动下系统的鲁棒稳定性.与此同时,利用混合灵敏度指标对上述系统的跟踪性能以及扰动抑制能力进行评估.分析结果有助于控制器的设计.
　　4.弱电网下控制器设计.当DG单元与弱电网系统互连时,受电网阻抗摄动的影响,并网后DG单元的性能降低,甚至产生不稳定.为此,本文基于Mu方法设计了并网电流反馈控制器.为了实现在并网控制时有功分量和无功分量解耦,建立了多输入多输出模型.将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化H∞控制器设计问题.最后基于Mu综合方法设计了一种鲁棒的反馈控制器.仿真结果表明,该控制器不仅保证了系统在电网电感不确定性下的鲁棒稳定性和鲁棒性能,而且实现了对电流信号的D分量和Q分量进行解耦.