基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析

卢浩; 朱琳; 赵学深; 郭力; 李霞林; 王成山

doi:10.7500/AEPS20211109004

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基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析
- Stability Analysis of DC System Based on Control Bandwidth of Load Converter
- 电力系统自动化 2023年47卷第3期页码：153-160
- 作者机构：
  
  1.智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
  2.天津市智慧能源与信息技术重点实验室，天津市 300072
- 作者简介：
  
  卢浩(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：直流配电系统的稳定性分析。E-mail：haolu@tju.edu.cn
  朱琳(1983—)，女，通信作者，博士，讲师，博士生导师，主要研究方向：中低压直流/交直流电力系统控制与保护、高比例可再生能源接入及消纳技术、控制及功率等级硬件在环仿真。E-mail：lin_zhu@tju.edu.cn
  赵学深(1991—)，男，博士研究生，主要研究方向：直流配电系统等效降阶建模、机理分析及控制参数设计。E-mail：zxs_1019@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2020YFB1506800);中国博士后科学基金面上项目(2021M692378)
- DOI：10.7500/AEPS20211109004
  中图分类号：
- 收稿：2021-11-09，
  
  修回：2022-04-14，
  
  网络出版：2022-10-28，
  
  纸质出版：2023-02-10
- 稿件说明：
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卢浩,朱琳,赵学深等.基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(3):153-160.

LU Hao,ZHU Lin,ZHAO Xueshen,et al.Stability Analysis of DC System Based on Control Bandwidth of Load Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):153-160.
卢浩,朱琳,赵学深等.基于负载变流器控制带宽的直流系统稳定性分析[J].电力系统自动化,2023,47(3):153-160. DOI： 10.7500/AEPS20211109004.

LU Hao,ZHU Lin,ZHAO Xueshen,et al.Stability Analysis of DC System Based on Control Bandwidth of Load Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):153-160. DOI： 10.7500/AEPS20211109004.

摘要

针对负载变流器经线路聚合至共母线直流系统后，其线路电感与负载变流器输入滤波电容构成的LC振荡环节落入负载变流器控制带宽内，从而导致整个共母线直流系统发生非预期失稳的现象，提出了负载子系统自稳性判据。首先，建立了负载侧计及线路影响的恒功率负载模型，研究了负载变流器控制带宽对共母线直流系统稳定性的影响。然后，确定了负载变流器的控制带宽选取范围，使得计及线路影响的恒功率负载阻抗在LC振荡频率处的阻尼为正，进而确保整个共母线直流系统稳定。最后，硬件在环仿真的实验结果验证了负载变流器控制带宽对系统稳定性影响理论分析的有效性。

Abstract

When the load converter is aggregated to the DC system with common bus through the line

the LC oscillation link composed of the line inductor and the input filter capacitance of the load converter falls into the control bandwidth of the load converter

which leads to the unexpected instability of the whole DC system with a common bus. Therefore

the load subsystem stability criterion is proposed. First

the constant power load (CPL) model considering the influence of the line is established and the influence of load converter control bandwidth on the stability of the DC system with a common bus is studied. Secondly

the control bandwidth selection range of the load converter is determined so that the damping of the CPL impedance considering the influence of the line is positive at the LC oscillation frequency

and the stability of the whole DC system with a common bus is ensured. Finally

the experimental results of the hardware-in-the-loop simulation verify the effectiveness of the theoretical analysis of the influence of the load converter control bandwidth on the system stability.

关键词

Keywords

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齐宁，程林，田立亭，等 . 考虑柔性负荷接入的配电网规划研究综述与展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 193 - 207 .

QI Ning ， CHENG Lin ， TIAN Liting ， et al . Review and prospect of distribution network planning research considering access of flexible load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 193 - 207 .

严胜，罗湘，贺之渊 . 直流电网核心装备及关键技术展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 215 .

YAN Sheng ， LUO Xiang ， HE Zhiyuan . Prospect of core equipment and key technology for DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 215 .

GAO F ， KANG R ， CAO J ， et al . Primary and secondary control in DC microgrids： a review ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2019 ， 7 （ 2 ）： 227 - 242 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

SAHOO A K ， MAHMUD K ， CRITTENDEN M ， et al . Communication-less primary and secondary control in inverter-interfaced AC microgrid： an overview ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 5 ）： 5164 - 5182 .

谢文强，韩民晓，严稳利，等 . 考虑恒功率负荷特性的直流微电网分级稳定控制策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 16 ）： 3430 - 3443 .

XIE Wenqiang ， HAN Minxiao ， YAN Wenli ， et al . Hierarchical stability control strategy of DC micro-grid considering constant power load performance ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 16 ）： 3430 - 3443 .

谢小荣，贺静波，毛航银，等 . “双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， MAO Hangyin ， et al . New issues and classification of power system stability with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

ZHANG X ， RUAN X B ， TSE C K . Impedance-based local stability criterion for DC distributed power systems ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅰ： Regular Papers ， 2015 ， 62 （ 3 ）： 916 - 925 .

SUN J . Impedance-based stability criterion for grid-connected inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2011 ， 26 （ 11 ）： 3075 - 3078 .

YU X Y ， SALATO M . An optimal minimum-component DC-DC converter input filter design and its stability analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 2 ）： 829 - 840 .

WANG K W ， ZHANG X ， CHUNG H S H . Solid-state single-port series damping device for power converters in DC microgrid systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 192 - 203 .

LI X L ， GUO L ， ZHANG S H ， et al . Observer-based DC voltage droop and current feed-forward control of a DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 5207 - 5216 .

黄松伟，唐芬，肖琦，等 . 双Boost单相逆变器并网控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 16 ）： 167 - 173 .

HUANG Songwei ， TANG Fen ， XIAO Qi ， et al . Grid-connected control strategy for double Boost single-phase inverters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 16 ）： 167 - 173 .

CESPEDES M ， XING L ， SUN J . Constant-power load system stabilization by passive damping ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2011 ， 26 （ 7 ）： 1832 - 1836 .

郭力，冯怿彬，李霞林，等 . 直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 4 ）： 927 - 936 .

GUO Li ， FENG Yibin ， LI Xialin ， et al . Stability analysis and research of active damping method for DC microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 4 ）： 927 - 936 .

伍文华，周乐明，陈燕东，等 . 海上MVDC供电系统的正阻尼重构稳定控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 3 ）： 696 - 710 .

WU Wenhua ， ZHOU Leming ， CHEN Yandong ， et al . Stability control strategy with positive-damper reconstructed for the maritime MVDC power supply system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 696 - 710 .

ZHANG X ， ZHONG Q C ， MING W L . Stabilization of cascaded DC/DC converters via adaptive series-virtual-impedance control of the load converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 9 ）： 6057 - 6063 .

ZHANG X ， ZHONG Q C ， KADIRKAMANATHAN V ， et al . Source-side series-virtual-impedance control to improve the cascaded system stability and the dynamic performance of its source converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 5854 - 5866 .

ZHANG X ， RUAN X B ， ZHONG Q C . Improving the stability of cascaded DC/DC converter systems via shaping the input impedance of the load converter with a parallel or series virtual impedance ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 12 ）： 7499 - 7512 .

黄旭程，何志兴，伍文华，等 . 交直流微电网中变换器级联系统稳定性分析与协同控制［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1432 - 1443 .

HUANG Xucheng ， HE Zhixing ， WU Wenhua ， et al . Stability analysis of converters cascade system in the hybrid AC/DC microgird and coordinative control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1432 - 1443 .

WU M F ， LU D D C . A novel stabilization method of LC input filter with constant power loads without load performance compromise in DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 7 ）： 4552 - 4562 .

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