负载变流器直流侧阻抗降阶模型适用性分析

TANG Xin; QU Bei; LI Xiaomeng; TANG Kaixuan; HE Yang; LI Zhen

doi:10.7500/AEPS20240620003

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负载变流器直流侧阻抗降阶模型适用性分析

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- 负载变流器直流侧阻抗降阶模型适用性分析
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 8, Pages: 197-207(2025)
- 作者机构：
  
  电网防灾减灾全国重点实验室（长沙理工大学），湖南省长沙市 410114
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377167)
- DOI：10.7500/AEPS20240620003
  CLC：
- Received：20 June 2024，
  
  Revised：2024-11-18，
  
  Published Online：21 May 2025，
  
  Published：25 April 2025
- 稿件说明：
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唐欣,屈贝,李晓萌等.负载变流器直流侧阻抗降阶模型适用性分析[J].电力系统自动化,2025,49(8):197-207.

TANG Xin,QU Bei,LI Xiaomeng,et al.Analysis on Applicability of Impedance Reduced-order Model for DC Side of Load Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):197-207.
唐欣,屈贝,李晓萌等.负载变流器直流侧阻抗降阶模型适用性分析[J].电力系统自动化,2025,49(8):197-207. DOI： 10.7500/AEPS20240620003.

TANG Xin,QU Bei,LI Xiaomeng,et al.Analysis on Applicability of Impedance Reduced-order Model for DC Side of Load Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):197-207. DOI： 10.7500/AEPS20240620003.

摘要

负载变流器的负输入阻抗特性削弱了直流配电系统的稳定性，高阶负载变流器模型给系统失稳主导因素分析带来困难，因而在分析过程中通常将负载变流器等效为负电阻或是负电感，然而，二者在中频段与实际变流器阻抗模型契合度较低导致稳定性分析结果不准确，且二者的适用频段范围模糊限制了其实际应用。为获得更为精确的简化模型并分析负电阻模型和负电感模型的适用性，文中首先建立直流配电系统中直流/交流（DC/AC）负载变流器的直流侧阻抗模型。然后，基于连分式近似法对直流侧阻抗进行降阶，得到与实际模型高度契合的一阶降阶模型。该模型由包含功率信息的负电阻和包含主电路以及控制参数的负电感组成，而后推导出负电阻模型和负电感模型的适用频段。最后，通过MATLAB/Simulink仿真平台和实验验证了负电阻模型和负电感模型以及降阶模型在直流配电系统各频段稳定性分析中的准确性。

Abstract

The negative input impedance characteristic of the load converter undermines the stability of the DC distribution system. The high-order load converter model complicates the analysis of dominant instability factors

leading to the common practice of equating the load converter to a negative resistance or a negative inductance in stability studies. However

the poor compatibility of these two models with the actual converter impedance in the medium-frequency band results in inaccurate stability analysis

and their ambiguous applicable frequency bands further limit practical applications. To built a more precise simplified model and evaluate the applicability of the negative resistance and negative inductance models

this paper first establishes the DC-side impedance model of the DC/AC load converter in the DC distribution system. Subsequently

a first-order reduced-order model highly consistent with the actual impedance is derived using the continued fraction approximation method. This model comprises a negative resistance (incorporating power information) and a negative inductance (incorporating circuit and control parameters). The applicable frequency bands of the negative resistance and negative inductance models are then analytically derived. Finally

the accuracy of the negative resistance model

negative inductance model

and reduced-order model in stability analysis across different frequency bands is validated via MATLAB/Simulink simulations and experiments.

关键词

Keywords

references

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