直流配电网双侧换流器有源阻尼控制技术研究

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直流配电网省去了直流—交流的转换过程,缩减了设备投资和运营成本及电能损耗,大大提高了供电效率,是承载光伏发电、储能单元、直流负荷等接入的主要形态,已成为当前配电网的研究热点之一。直流配电网通常包括电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)、分布式发电单元、储能装置及负载。恒功率负载的负阻抗特性会降低直流配电系统的阻尼,减弱稳定性。直流配电网可以实现不同交流供电区域(馈线或台区)之间的柔性互联,现有的单侧VSC有源阻尼方面的研究具有一定的局限性,其提升系统稳定性的效果及带负载能力有限,且鲜有文献对包含光伏、储能及恒功率负载的双端直流配电网建立较为完整的阻抗模型。为此,本文以双端直流配电网为研究对象,对双端直流配电网进行阻抗建模,并提出改善系统稳定性的双端VSC有源阻尼控制策略,主要研究内容如下:首先,分析了本文所研究的双端直流配电网的拓扑结构,并详细阐述了其包含的VSC换流器、光伏Boost变换器、储能双向DC/DC变换器、恒功率负载变换器的数学模型及控制策略,并分别推导了其输出输入阻抗模型。接着,分析了恒功率负载的负阻抗特性,从机理层面解释了恒功率负载引起直流配电网系统失稳的原因;在前述直流配电网各部分阻抗模型基础上,建立了双端直流配电网的等效电路模型,分析了恒功率负载和VSC网侧电感对直流配电网稳定性的影响,并通过仿真实验验证了上述理论分析的正确性。然后,提出了一种双端VSC有源阻尼控制策略。该策略在VSC的电流内环引入低通滤波环节,设计了双端VSC的有源阻尼环节,用以抑制恒功率负载的负阻抗特性;利用阻抗模型分析了引入双端有源阻尼控制策略系统的稳定性并搭建仿真模型验证了其有效性和合理性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上搭建了双端直流配电网仿真模型,对比了单端有源阻尼控制策略和双端有源阻尼控制策略的仿真结果,表明双端VSC有源阻尼控制策略可以有效缩短系统稳定恢复时间、提升系统带负载能力。
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