直流微網(wǎng)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述為了保證直流微網(wǎng)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，穩(wěn)定性研究已經(jīng)作為直流微網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者從不同方面對其展開了較廣泛的研究。電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性在文獻(xiàn)中已經(jīng)被廣泛地研究了，但是，通用判定穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)尚未獲得。從微網(wǎng)的擾動大小及時間跨度角度出發(fā)，微網(wǎng)的穩(wěn)定性分析可主要分為小信號穩(wěn)定性分析和暫態(tài)穩(wěn)定性分析兩部分REF_Ref72673561\n\h[4]。其中，阻抗比判據(jù)常常用來分析系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性。系統(tǒng)的小信號模型建立較為復(fù)雜且計算量較大，Middlebrook教授于1976年提出了應(yīng)用于分布式電源穩(wěn)定性研究的阻抗分析法，變換器阻抗與系統(tǒng)穩(wěn)定性聯(lián)系由此建立，該阻抗分析法利用了狀態(tài)空間平均法，主要用來分析級聯(lián)系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性問題REF_Ref72673489\n\h[3]。圖STYLEREF1\s1SEQ圖\*ARABIC\s11級聯(lián)系統(tǒng)簡單模型在如REF_Ref73631177\h圖11所示的級聯(lián)系統(tǒng)簡單模型圖中，為源變換器輸入電壓，為其輸出電壓，、為負(fù)載變換器輸入、輸出電壓，為源變換器輸入到輸出的傳遞函數(shù)，為負(fù)載變換器從輸入到輸出的傳遞函數(shù)，那么該級聯(lián)系統(tǒng)從輸入到輸出的傳遞函數(shù)的表達(dá)式為： 其中，代表源變換器的閉環(huán)輸出阻抗，代表負(fù)載變換器的閉環(huán)輸入阻抗，為等效環(huán)路增益。為了避免前后模塊的相互影響，Middlebrook阻抗判據(jù)提出，如果源變換器和負(fù)載變換器都能夠穩(wěn)定運行，那么只需要在所有頻率范圍內(nèi)負(fù)載變換器的閉環(huán)輸入阻抗遠(yuǎn)大于源變換器的閉環(huán)輸出阻抗，即只要滿足 其幅相曲線如REF_Ref72537079\h圖12所示，即限制小于(一般，即兩倍裕量)。圖STYLEREF1\s1SEQ圖\*ARABIC\s12Middlebrook阻抗比判據(jù)幅相特性曲線在現(xiàn)有的阻抗判據(jù)中，可將其大致分為三類：Middlebrook判據(jù)、禁區(qū)判據(jù)和適用于電流型電網(wǎng)逆變器和弱電網(wǎng)組成的級聯(lián)系統(tǒng)的判據(jù)。Middlebrook判據(jù)是最早提出的應(yīng)用于穩(wěn)定性問題分析上的判據(jù)，但該判據(jù)的使用條件十分苛刻，這是一個保守的標(biāo)準(zhǔn)，可能會導(dǎo)致更多的系統(tǒng)設(shè)計成本，并不適合在實際的工作中使用。鑒于以上原因，阻抗判據(jù)的實際使用受到了很大程度的約束。Wildrick接著提出了通過禁區(qū)分析所得到阻抗判據(jù)，以降低Middlebrook判據(jù)的苛刻度和保守性。禁區(qū)，即指在極坐標(biāo)中框定一個范圍，只要等效環(huán)路增益Tm(s)不進(jìn)入該區(qū)域，則系統(tǒng)穩(wěn)定。Wildrick提出的禁區(qū)可表示為REF_Ref73631102\h圖13中的陰影部分REF_Ref72673737\n\h[5]。將Middlebrook判據(jù)以禁區(qū)概念看待，可以看出Wildrick將禁區(qū)縮小了，以此增大了參數(shù)設(shè)計的自由度，但它仍然只適用于單電壓源單負(fù)載配電網(wǎng)，不能分析逆變器與電網(wǎng)的相互作用穩(wěn)定性。近年來，許多研究者提出了不同的禁區(qū)面積，但其根本都是滿足系統(tǒng)等效環(huán)路增益滿足奈奎斯特判據(jù)。圖STYLEREF1\s1SEQ圖\*ARABIC\s13Wildrick通過禁區(qū)分析所得到的阻抗判據(jù)上述理論和方法為分析和提高由兩個并聯(lián)子系統(tǒng)組成的分布式電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了堅實的基礎(chǔ)。然而，隨著DPS子系統(tǒng)數(shù)量和類型的不斷增加，穩(wěn)定性問題也變得更加復(fù)雜。文獻(xiàn)REF_Ref72673489\n\h[3]目前，直流分布式電力系統(tǒng)(DPS)的規(guī)模正在持續(xù)高速增長，這使得穩(wěn)定性分析成為一個復(fù)雜而又至關(guān)重要的問題。本文提出了包含一個電壓源子系統(tǒng)、多個功率控制源子系統(tǒng)和多個負(fù)載子系統(tǒng)的直流配電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的分散阻抗規(guī)范。該方法為DPS的每個子系統(tǒng)定義了不變的阻抗指標(biāo)，只依賴于額定直流母線電壓和每個子系統(tǒng)的額定容量。分散不變阻抗規(guī)范使得各個子系統(tǒng)可以單獨設(shè)計，同時保證了DPS的小干擾穩(wěn)定性。該方法既適用于大規(guī)模的直流DPS，也適用于即插即用的直流DPS，但用常規(guī)方法進(jìn)行的穩(wěn)定性分析會受到維數(shù)和參數(shù)變化的影響。通過硬件在環(huán)測試，驗證了該方法的有效性。文獻(xiàn)REF_Ref72673881\n\h[7]通過特征根靈敏度分析,得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性能基本不受下垂系數(shù)變化的影響，而線路電感和恒功率負(fù)荷的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性能影響較大。文獻(xiàn)REF_Ref72673914\n\h[8]在負(fù)載突然變化和光伏電池輸出變化的情況下分析了并網(wǎng)DC微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但是并網(wǎng)會使電路變得更加復(fù)雜，并且存在更多的穩(wěn)定性分析案例，且比較分析方法復(fù)雜。分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法很多，選擇合適的研究理論和方法非常重要。通常系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法主要包括穩(wěn)態(tài)工作點附近的小信號分析和大信號穩(wěn)定性分析。系統(tǒng)的大信號穩(wěn)定性分析方法已被大量文獻(xiàn)分析研究，獲得了許多研究成果REF_Ref72674003\n\h[9]-REF_Ref72674006\n\h[12]。常用的大信號穩(wěn)定性分析方法包括相平面分析方法，Lyapunov穩(wěn)定性分析方法，分叉理論和混沌理論REF_Ref72674164\n\h[13]，Brayton-Moser提出的混合勢函數(shù)模型和分析方法以及Takagi-Sugeno模糊模型研究方法REF_Ref72674189\n\h[11]REF_Ref72674194\n\h[14]等。文獻(xiàn)REF_Ref72674218\n\h[15]指出，相平面分析方法不能量化系統(tǒng)參數(shù)與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。李雅普諾夫方法是研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，但是對于非線性系統(tǒng)的研究，建立Lyapunov函數(shù)非常困難，沒有通用的方法；有效的非線性控制方法由分叉理論和混沌理論所提出，但是它們都基于離散域模型分析，并且在計算機的幫助下需要大量的仿真操作，這更加復(fù)雜。而且，這些方法不適用于小擾動下的系統(tǒng)穩(wěn)定性研究。但是，在直流微網(wǎng)系統(tǒng)中，不僅存在較大的干擾現(xiàn)象，例如大的電壓降REF_Ref72674006\n\h[12]，而且在穩(wěn)態(tài)工作點附近還存在小信號干擾。顯然，傳統(tǒng)的大信號穩(wěn)定性分析方法不足以滿足系統(tǒng)要求。穩(wěn)定性分析要求對系統(tǒng)進(jìn)行小信號穩(wěn)定性分析REF_Ref72674218\n\h[15]-REF_Ref72674307\n\h[17]。文獻(xiàn)REF_Ref72674335\n\h[20]使用小信號模型來分析孤立的光伏微網(wǎng)的穩(wěn)定性，并研究負(fù)載跳躍和輸入電壓變化的影響。但是，大多數(shù)研究只是分析了參數(shù)變化下的穩(wěn)定性，還沒有獲得系統(tǒng)不同參數(shù)平面下的穩(wěn)定性邊界，無法解釋不同參數(shù)的相互作用影響。文獻(xiàn)REF_Ref72674642\n\h[22]文獻(xiàn)REF_Ref73665417\n\h[28]對電感電流連續(xù)工作模式下Buck變換器的小信號建模以及設(shè)計做了優(yōu)化改良，針對級聯(lián)系統(tǒng)，提出一種好用的針對電流擾動的方法，用來測試變換器的輸入輸出阻抗的大小。并利用禁區(qū)的方法分析整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。繪制頻域曲線來分析輸入電壓對閉環(huán)輸出阻抗的幅值影響以及其峰值受什么因素的影響，同時得出濾波電容是否起作用對系統(tǒng)穩(wěn)定性也有較大影響。文獻(xiàn)REF_Ref73666136\n\h[29]針對儲能電池的充電過程做了研究，包括恒流充電與恒壓充電，推到了二者蓄電池模塊的閉環(huán)輸入輸出阻抗的表達(dá)式，同樣是利用禁區(qū)的方法分析整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析了儲能模塊各個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性有何影響。文獻(xiàn)REF_Ref73666971\n\h[30]針對雙向有源的直直變換器研究了級聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，下垂控制變換器來推到參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，得出了下垂系數(shù)和PI參數(shù)與系統(tǒng)的穩(wěn)定均成反比，另一方面，該文獻(xiàn)創(chuàng)新性地建立了變換器的離散模型分析了變換器的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)REF_Ref73667549\n\h[31]研究了并網(wǎng)的微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對交直級聯(lián)系統(tǒng)做了穩(wěn)定性的阻抗建模與穩(wěn)定性的判據(jù)分析，并對多并聯(lián)變換器的微網(wǎng)做了結(jié)構(gòu)分析與阻抗建模。文獻(xiàn)REF_Ref73667881\n\h[32]對直直變換器做了小信號與大信號的穩(wěn)定性建模與參數(shù)變化的穩(wěn)定性分析，對于小信號與大信號建模直接的聯(lián)系與區(qū)別做了深入研究，并針對級聯(lián)系統(tǒng)做了大信號與小信號的穩(wěn)定性分析。文獻(xiàn)REF_Ref73668222\n\h[33]提出了一種多端口的變換器模型，并研究分析了在直流微網(wǎng)系統(tǒng)的混合供電中該變換器的可行性，對儲能電池的充放電提供了新思路。總之，作為包含多個變換器的非線性系統(tǒng)，直流微網(wǎng)可能會不穩(wěn)定，例如參數(shù)變化期間的電壓崩潰和低頻振蕩，這將影響系統(tǒng)的安全可靠運行。目前，關(guān)于不穩(wěn)定性的研究主要僅針對單個變換器。在包含多個電源，多個變換器和多個運行模式的復(fù)雜系統(tǒng)中，關(guān)于直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性的研究相對較少，并且能量流，運行模式和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系也很重要。它們之間的關(guān)系仍尚不清楚。因此，為該復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定性所采用的精確的理論分析方法需要進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)周孝信，魯宗相，劉應(yīng)梅，等．中國未來電網(wǎng)的發(fā)展模式和關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國電機工程學(xué)報，2014，34(29)：4999-5008．劉郁權(quán)．基于阻抗理論的微電網(wǎng)穩(wěn)定性分析研究[D]．上海電力學(xué)院，2018.WangX，PengY，JieZ，etal．Decentralizedimpedancespecificationsforsmall-signalstabilityofDCdistributedpowersystems[J]．IEEEJournalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics，2017，5(4)：1578-1588．丁小俊．分布式微網(wǎng)穩(wěn)定性和運行控制研究[D]．華中科技大學(xué)，2019．MiddlebrookRD．Inputfilterconsiderationsindesignandapplicationofswitchingregulators[J]．Proc．IEEEIndustryApplicationsSociety(IAS)AnnualMeeting，1979：366?382．WildrickCM，LeeFC，ChoBH，etal．Amethodofdefiningloadimpedancespecificationforastabledistributedpowersystem[J]．IEEETransactiononPowerElectonics，1995，10(3)：280-285．劉宿城，李中鵬，劉曉東，等．直流微網(wǎng)中下垂控制穩(wěn)定性及靈敏度分析[J]．電氣自動化，2019，41(01)：16-18+50．肖百惠．基于光伏-儲能的并網(wǎng)型直流微網(wǎng)穩(wěn)定性分析[D]．華南理工大學(xué)，2018．明佳．直流微網(wǎng)的大信號穩(wěn)定性分析與有源阻尼方法研究[D]．山東大學(xué)，2020．陳艷峰，丘水生．Buck調(diào)節(jié)器大信號穩(wěn)定性分析方法探討[J]．電路與系統(tǒng)學(xué)報，2005(02)：15-17+14．KimHJ，KangSW，SeoGS，etal．Large-signalstabilityanalysisofDCpowersystemwithshuntactivedamper[J]．IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2016，63(10)：6270-6280．杜韋靜，張軍明，錢照明．Buck變流器級聯(lián)系統(tǒng)直流母線電壓補償控制策略[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2015，30(1)：135-142．李蘇川，呂智林，譚穎．基于分岔理論的孤立微網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析[J]．廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，41(2)：488-497．TengL，WangY，CaiW，etal．RobustmodelpredictivecontrolofdiscretenonlinearsystemswithtimedelaysanddisturbancesviaT–Sfuzzyapproach[J]．JournalofProcessControl，2017，53：70-79．邊亞偉．基于儲能單元的直流微網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析[D]．北方工業(yè)大學(xué)，2018．ZhongQC，ZhangX．Impedance-sumstabilitycriterionforpowerelectronicsystemswithtwoconverters/sources[J]．IEEEAccess，2019，50(1)：21254-21265．張陽，張軍明，杜韋靜．負(fù)載動態(tài)下的級聯(lián)系統(tǒng)大信號穩(wěn)定性分析[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2012，27(10)：170-175．ZhangX，RuanX，TseCK．Impedance-basedlocalstabilitycriterionforDCdistributedpowersystems[J]．IEEETransactionsonCircuitsandSystems-I:RegularPapers，2015，62(3)：1-10．張欣．直流分布式電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[D]．南京航空航天大學(xué)，2014．李晴晴．直流微網(wǎng)光伏接口MPPT變換器的端口阻抗特性及系統(tǒng)穩(wěn)定性分[D]．安徽工業(yè)大學(xué)，2017．曹夢林．光儲型直