不同网架结构下, 直流微电网的稳定性有怎样的差异？华电学者发布科研成果

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不同网架结构下的直流微电网系统是否具有稳定性差异尚不明确，亟需开展相关研究。基于此，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的研究人员朱晓荣、李铮、孟凡奇，在2021年第1期《电工技术学报》上撰文，建立了几种典型网架结构下系统的小信号模型，并基于参与因子以及系统特征根的变化，研究不同网架结构下系统参数对系统稳定性的影响规律。

结果显示，单独改变源侧控制器参数，不同网架结构下系统的稳定性基本一致，仅存在谐振频率的差异；单独改变负载侧控制器参数，仅影响与负载有关的振荡模态，且负载与线路基本不产生交互作用；单独改变线路参数，由于源网间的交互作用，不同系统间出现稳定性差异。

直流微电网作为分布式发电系统的重要组成部分，能够更高效可靠地接纳分布式电源。同时，直流微电网具有系统成本低、可靠性高、变换环节较少、损耗较低等优点，且不存在无功和相位等问题，具有广泛的应用前景。直流母线电压是衡量直流微电网稳定运行的唯一指标。直流微电网的稳定性分析对直流微电网稳定可靠运行有重要作用。

有关研究解决了一些直流微电网各个换流器的稳定性问题，但多是将换流器间的连接方式简化为单母线或单电源单负载形式，然而不同网架结构的选择会影响系统潮流分布、保护配置、接地方式、稳定性、系统控制等，不同网架结构下系统是否有稳定性差异则鲜有研究。

此外在直流微电网中，由于大量电力电子器件的接入，系统呈低惯性，对功率、电压波动较为敏感，严重影响系统的电能质量和稳定运行。针对该问题，各国学者提出了不同的惯性控制策略来改善系统的电能质量。有学者基于虚拟同步发电机控制，提出了一种满足多约束条件的灵活虚拟惯性控制，通过灵敏度及根轨迹法分析了所提控制中关键参数对系统稳定性的影响规律。有学者通过模拟电容的工作原理，为直流微电网提供惯性支撑，并分析了主要控制参数的变化对系统稳定性的影响，提供了虚拟惯性系数的选取范围。

基于上述问题，华北电力大学的研究人员针对不同网架结构下系统的稳定性差异展开研究。首先，建立不同网架结构下的系统小信号模型；其次，根据小信号模型得出各网架结构下系统的振荡模态，并根据参与因子法探究不同结构下各系统状态变量间的相互作用情况；再次，基于系统根轨迹研究了不同网架结构下源侧、负载侧以及线路参数变化对稳定性的影响规律；最后，通过Matlab时域仿真验证了理论分析的正确性。

图1  不同网架结构的直流微电网

通过构建不同网架结构下直流微电网的小信号模型，通过参与因子分析以及小信号稳定性的方法，华北电力大学的研究人员探究了不同网架结构下直流微电网稳定性的差异，并得出如下结论：

1）电源和直流线路存在交互作用，恒功率负载与直流线路基本不存在交互作用。

2）当线路对称时，控制器参数的变化对不同系统的影响基本一致，其区别仅在于系统失稳时的振荡频率不同。其中，单端环状结构系统振荡频率最高，单电源单负载系统振荡频率最低。当系统的网架结构不同但线路参数高度对称时，对不同网架结构系统的分析，都可等效为对单电源单负载结构的分析。

3）线路不对称时，当环状结构的线路模式对应振荡模态处于吸引阶段时，单端环状系统稳定性明显优于单电源单负载系统和单端辐射式系统。处于排斥阶段时，三个系统的稳定性基本一致。

以上研究成果发表在2021年第1期《电工技术学报》，论文标题为“基于不同网架结构的直流微电网稳定性分析”，作者为朱晓荣、李铮、孟凡奇。