计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析

蔡元鑫; 彭克; 赵学深; 邢琳; 杨云虹

doi:10.7500/AEPS20240202003

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计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 计及占空比限幅环节的直流配电系统暂态稳定性分析
- Transient Stability Analysis of DC Distribution System Considering Duty Cycle Limiter
- 电力系统自动化 2024年48卷第16期页码：51-58
- 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：
  
  蔡元鑫(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：直流配电系统暂态稳定分析。E-mail：sdutcyx@163.com
  彭克(1983—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：交直流配电系统与综合能源系统。E-mail：pengke@sdut.edu.cn
  赵学深(1991—)，男，博士，讲师，主要研究方向：交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：sdutdqzxs06@sdut.edu.cn
- 基金信息：
  
  山东省自然科学基金资助项目(ZR2023ME034)
- DOI：10.7500/AEPS20240202003
  中图分类号：
- 收稿：2024-02-02，
  
  修回：2024-03-22，
  
  网络出版：2024-07-03，
  
  纸质出版：2024-08-25
- 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

references

张宁，李姚旺，黄俊辉，等 . 电力系统全环节碳计量方法与碳表系统［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 2 - 12 .

ZHANG Ning ， LI Yaowang ， HUANG Junhui ， et al . Carbon measurement method and carbon meter system for whole chain of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 2 - 12 .

韩雪姣，屈鲁，王长永，等 . 数据中心全直流供电系统的构建及其综合评价［J］. 浙江电力， 2024 ， 43 （ 3 ）： 75 - 83 .

HAN Xuejiao ， QU Lu ， WANG Changyong ， et al . Construction and comprehensive evaluation of a full DC power supply system in data centers ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2024 ， 43 （ 3 ）： 75 - 83 .

王家乾，赵晋斌，曾志伟，等 . 基于虚拟惯性控制的光伏直流微电网稳定性分析［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 4 ）： 55 - 61 .

WANG Jiaqian ， ZHAO Jinbin ， ZENG Zhiwei ， et al . Stability analysis of photovoltaic DC microgrid based on virtual inertia control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 4 ）： 55 - 61 .

杨明扬，王晗，蔡旭，等 . 基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 2 ）： 9 - 19 .

YANG Mingyang ， WANG Han ， CAI Xu ， et al . Medium-voltage DC collection and DC transmission system of wind turbines based on distributed diode rectifiers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 9 - 19 .

彭克，李云利，赵学深，等 . 考虑随机扰动的直流配电系统宽频振荡镇定控制［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 22 ）： 129 - 137 .

PENG Ke ， LI Yunli ， ZHAO Xueshen ， et al . Wide-band oscillation stabilization control of DC distribution system considering random disturbance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 22 ）： 129 - 137 .

HUANG L B ， XIN H H ， WANG Z ， et al . Transient stability analysis and control design of droop-controlled voltage source converters considering current limitation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 578 - 591 .

黄萌，刘浴霜，付熙坤，等 . 电力电子并网变流器非线性行为机理与安全运行边界研究综述［J］. 武汉大学学报（工学版）， 2023 ， 56 （ 11 ）： 1380 - 1392 .

HUANG Meng ， LIU Yushuang ， FU Xikun ， et al . A review of nonlinear behavior mechanism and safety operation boundary for power electronics grid-connected converters ［J］. Engineering Journal of Wuhan University ， 2023 ， 56 （ 11 ）： 1380 - 1392 .

潘莉，李霞林，王智，等 . 弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 138 - 151 .

PAN Li ， LI Xialin ， WANG Zhi ， et al . Overview of transient stability analysis of phase locked loop synchronization in weak-grid connected VSC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 138 - 151 .

刘欣博，刘宁，宋晓通，等 . 基于交流恒功率负载特性的交直流混合微电网系统大信号稳定性判据［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3441 - 3451 .

LIU Xinbo ， LIU Ning ， SONG Xiaotong ， et al . Large-signal stability criteria of AC/DC hybrid microgrid based on AC constant power loads ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3441 - 3451 .

明佳，王玉斌，王璠，等 . 直流微网的大信号稳定性分析及有源阻尼补偿方法［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊2 ）： 517 - 529 .

MING Jia ， WANG Yubin ， WANG Fan ， et al . Large signal stability analysis and active damping compensation method for DC microgrid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 2 ）： 517 - 529 .

SONG Q C ， CHEN J W ， LOO K H ， et al . Large-signal stability analysis of two-stage cascaded DC/DC converter systems using sum-of-squares programming ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2024 ， 39 （ 2 ）： 2076 - 2085 .

厉泽坤，孔力，裴玮 . 直流微电网大扰动稳定判据及关键因素分析［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 12 ）： 3993 - 4002 .

LI Zekun ， KONG Li ， PEI Wei . Analyses of stability criterion and key factors of DC microgrid under large disturbance ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 12 ）： 3993 - 4002 .

赵峰，帅智康，彭也伦，等 . 含电流限幅器的逆变器暂态稳定性评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2245 - 2255 .

ZHAO Feng ， SHUAI Zhikang ， PENG Yelun ， et al . Evaluation method for transient stability of inverter containing current limiter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2245 - 2255 .

HURAYB K ， NIEBUR D ， KABALAN M . Large-signal stability analysis of grid-connected droop-controlled inverter with saturable power controller ［C］// 2022 North American Power Symposium （NAPS）， October 9-11 ， 2022 ， Salt Lake City， USA .

CHUN E ， KABALAN M . Effects of controller saturation on domain of attraction estimation of droop-controlled inverter ［C］// 2019 North American Power Symposium （NAPS）， October 13-15 ， 2019 ， Wichita， USA .

邢光正，闵勇，陈磊，等 . 并网VSC的大扰动失稳模式［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 8 ）： 47 - 54 .

XING Guangzheng ， MIN Yong ， CHEN Lei ， et al . Large-disturbance instability patterns of grid-connected VSC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 47 - 54 .

张国驹，裴玮，杨鹏，等 . 中压配电网柔性互联设备的电路拓扑与控制技术综述［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 6 ）： 18 - 29 .

ZHANG Guoju ， PEI Wei ， YANG Peng ， et al . Review on circuit topology and control technology of flexible interconnection devices for medium-voltage distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 18 - 29 .

ZHAO X S ， GUO L ， ZHU L ， et al . Power feasible region ensuring transient stability of droop-based multiconverters DC system ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 5442 - 5455 .

沈霞，帅智康，沈超，等 . 大扰动时交流微电网的运行与控制研究综述［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 174 - 188 .

SHEN Xia ， SHUAI Zhikang ， SHEN Chao ， et al . Review on operation and control of AC microgrid under large disturbance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 174 - 188 .

刘宿城，李响，秦强栋，等 . 直流微电网集群的大信号稳定性分析［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 12 ）： 3132 - 3147 .

LIU Sucheng ， LI Xiang ， QIN Qiangdong ， et al . Large signal stability analysis of DC microgrid cluster ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 12 ）： 3132 - 3147 .

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