Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter

CAI Yuanxin; PENG Ke; ZHAO Xueshen; XING Lin; YANG Yunhong

doi:10.7500/AEPS20240202003

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Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 16, Pages: 51-58(2024)
- 作者机构：
  
  山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023ME034)
- DOI：10.7500/AEPS20240202003
  CLC：
- Received：02 February 2024，
  
  Revised：2024-03-22，
  
  Published Online：03 July 2024，
  
  Published：25 August 2024
- 稿件说明：
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蔡元鑫,彭克,赵学深等.计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析[J].电力系统自动化,2024,48(16):51-58.

CAI Yuanxin,PENG Ke,ZHAO Xueshen,et al.Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):51-58.
蔡元鑫,彭克,赵学深等.计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析[J].电力系统自动化,2024,48(16):51-58. DOI： 10.7500/AEPS20240202003.

CAI Yuanxin,PENG Ke,ZHAO Xueshen,et al.Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):51-58. DOI： 10.7500/AEPS20240202003.

摘要

大功率扰动条件下，限幅环节容易造成占空比出现饱和现象，直流配电系统就会由闭环控制退化成开环响应并出现暂态失稳。为此，文中开展了计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析。首先，文中利用Sigmoid函数模拟占空比限幅环节中的非线性特性，建立了更为贴近工程实际的直流配电系统大信号模型。其次，利用Takagi-Sugeno（TS）模糊模型法，刻画了计及占空比限幅环节影响的估计吸引域。然后，通过不同控制参数的估计吸引域变化情况，揭示了占空比饱和引发的直流配电系统暂态失稳现象。最后，针对占空比限幅环节导致已有暂态稳定性提升方法存在的局限性，提出了一种控制参数优化设计的方法，为提升系统暂态稳定性的控制参数选择提供了方案。RT-Box硬件在环实验验证了理论分析的有效性。

Abstract

Under the condition of high power disturbance

the limiter is prone to the saturation phenomenon of duty cycle

and the DC power distribution system will be degraded from closed-loop control to open-loop response and transient instability. Therefore

this paper carries out the transient stability analysis of DC power distribution system considering the duty cycle limiter. Firstly

this paper uses Sigmoid function to simulate the nonlinear characteristics of duty cycle limiter

and establishes a large-signal model of DC distribution system which is closer to the engineering reality. Secondly

the estimated attraction domain taking into account the influence of the duty cycle limiter is characterized by the Takagi-Sugeno (TS) fuzzy modeling method. Then

the variation of the estimated attraction domain with different control parameters reveals the transient instability phenomenon of the DC distribution system induced by duty cycle saturation. Finally

for the limitations of the existing transient stability improvement methods due to the duty cycle limiter

an optimization design method of control parameters is proposed to provide a scheme for the control parameter selection to improve the transient stability of the system. The effectiveness of the theoretical analysis is verified by the RT-Box hardware-in-the-loop experiment.

关键词

Keywords

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