Electrical Automation
‘电气自动化“2019年第41卷第1期
电源技术
Power Supp|y Techniques
直流微网中下垂控制稳定性及灵敏度分析
刘宿城,李中鹏,刘晓东,方炜
(安徽工业大学电力电子与运动控制省重点实验室,安徽马鞍山 243032)
摘 要:在直流微网的分层控制结构中,下垂控制作为初级控制的重要组成部分,主要用于实现各微源之间的自主功率分配三重点分
析直流微网中下垂控制稳定性及灵敏度的影响因素三通过大信号平均模型导出系统动态调整下垂系数时系统平衡点的存在条件,借助小信号数学模型分析了系统下垂系数二线路参数等变化时系统的特征根轨迹三最后,通过灵敏度分析得出线路电感和恒功率负荷的变化对系统稳定性能影响较大三仿真结果表明,系统参数变化对稳定性的影响与理论分析一致,为直流微网下垂控制设计提供理论依据三
关键词:直流微网;下垂控制;稳定性分析;数学模型;灵敏度分析;根轨迹DOI :10.3969/j.issn.1000-3886.2019.01.005
[中图分类号]TM721 [文献标识码]A [文章编号]1000-3886(2019)01-0016-03
Analysis of Stability and Sensitivity of Droop Control in the DC Micro -grid
Liu Sucheng ,Li Zhongpeng ,Liu Xiaodong ,Fang Wei
(Provincial Key Lab of Power Electronics &Motion Control,Anhui University of Technology,Ma anshan Anhui 243032,China)
Abstract :In hierarchical control structure of the DC micro -grid ,droop control ,as an important part of primary control ,is mainly used to
achieve autonomous power distribution among micro -sources.This paper mainly analyzed the factors affecting the stability and sensitivity of droop controlled in the DC micro-grid.Based on a large-signal average model ,this paper derived the conditions of existence of the system equilibrium point when the droop coefficient was regulated dynamically in the system.With the help of a small -signal mathematical model ,it analyzed the trajectory of the characteristic root of the system attributable to changes of the droop
coefficient and line parameters of the system.Finally ,the sensitivity analysis indicated that changes of line inductance and constant power load could produce significant influence on system stability.Simulation results indicated that the influence of parameter variations of the system upon its stability was consistent with the theoretical analysis ,and provided a theoretical basis for the design of droop control of the DC micro-grid.
Keywords :DC micro-grid ;droop control ;stability analysis ;mathematical model ;sensitivity analysis ;root locus
定稿日期:2018-03-16
基金项目:国家自然科学基金项目(51407003);安徽省自然科学基金项
目(1508085EQE97)
0 引 言
随着可再生能源的发展,直流微电网以其传输电能损耗小二能源利用率高等优势逐渐成为微电网技术新的研究方向[1-3]三直流微网中采用分层控制策略,用来维持系统母线电压的稳定和各个模块单元之间的功率均衡,下垂控制作为初级控制用来实现各微源之间的功率分配三
为了确保直流微电网系统的正常稳定运行,稳定性研究已成为直流微网的关键基础问题三近年来,国内外许多学者从不同方面对其展开了较广泛的研究三文献[4]采用状态空间平均法建立了直流微网平均模型,分析得出合理选择变换器的控制参数能够很好地保证直流微电网的电压稳定性三文献[5]通过小信号模型推导了系统稳定运行的充分条件,提出了适用于任何结构的直流微网下垂系数取值的约束条件三文献[6]4597建立了独立运行直流微电网的大信号模型,为系统参数设计提供了一种稳定性判据,但是文中忽略了变换器控制系统对等效模型的影响三文献[7]推导了直流系统的小信号模型,得出线路的等效电抗与变换
器的稳压电容构成的低阻尼环节相互作用,会导致直流微电网发生高频振荡问题三文献[8]建立了分布式控制策略下直流微电网的稳态模型及小信号模型,提出并联阻抗稳定性分析方法,确保了直流微网在各种小扰动下的稳定性三
文中对下垂控制直流微网的稳定性问题进行分析,通过大信号平均模型分析动态调整下垂系数时系统平衡点的存在条件,推导系统的小信号数学模型,通过特征根分析下垂系数,负荷功率和类型,以及线路参数等变化对系统稳定性的影响三最后,通过灵敏度分析得出线路电感和恒功率负荷的变化对系统稳定性能影响较大三仿真验证系统参数变化对稳定性的影响与理论分析的一致性,为直流微网下垂控制设计提供理论依据三
1 下垂控制系统平衡点分析
下垂控制的直流微网可以简化成包含多台直流母线电压控制单元二电阻性负荷和恒功率负荷的等效模型[6]4601三为简化分析,文中仅考虑包含两台母线电压控制单元的直流微网,其平均化模型如图1所示,系统状态方程可以写成:
61万方数据