【摘 要】
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电力电子变换器因其可控性强、动态响应快、灵活高效等特点成为现代电网中电能变换的核心设备,在发电、输电及用电中扮演着极其重要的角色,因而多变换器接入型的电网将成为未来电力系统发展的必然趋势。然而变换器复杂控制环节与系统中无源元件及其它变换器之间的交互容易导致系统出现失稳问题,威胁系统安全稳定运行。随着大规模、多类型变换器的接入及系统运行环境和工况日益复杂化,多变换器系统稳定性的问题将更加突出。因此亟
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“分布式光伏多端口接入直流配电系统关键技术和装备”（2018YFB0904100）； 南方电网公司重点项目“多物理场及多种故障对微电网电力电子装置的扰动机理和特性影响研究”（ZBKJXM20180211）；
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电力电子变换器因其可控性强、动态响应快、灵活高效等特点成为现代电网中电能变换的核心设备,在发电、输电及用电中扮演着极其重要的角色,因而多变换器接入型的电网将成为未来电力系统发展的必然趋势。然而变换器复杂控制环节与系统中无源元件及其它变换器之间的交互容易导致系统出现失稳问题,威胁系统安全稳定运行。随着大规模、多类型变换器的接入及系统运行环境和工况日益复杂化,多变换器系统稳定性的问题将更加突出。因此亟需开展多变换器系统的稳定性建模分析及其影响因素研究工作,并在此基础上研究系统稳定性提升方法,有利于保障多变换器系统安全稳定运行。本文以多新能源发电变换器接入的弱电网系统为研究对象,关注多变换器系统小信号稳定性方面的问题,研究了多变换器系统阻抗建模方法和分析手段,探究了多变换器系统失稳机理及影响因素,进而提出相应的稳定性提升措施。本文具体研究内容主要包含以下几方面:（1）研究了双向AC-DC变换器全工况运行失稳机理,通过建立双向AC-DC变换器不同工作模式下的通用小信号阻抗模型,全面研究了变换器多重控制环及其与电网阻抗交互失稳特性,揭示了双向AC-DC变换器弱电网时锁相环及电压外环在系统中引入的“正反馈”效应是造成不同工作模式下变换器稳定裕度存在差异的主要原因。在此基础上探讨了双向AC-DC变换器稳定性提升措施,提出利用带通滤波器对并网点电压采样信号进行滤波处理,用于改善由锁相环引入正反馈效应造成的低稳定裕度问题。（2）提出了基于网络节点导纳矩阵的多变换器系统稳定性阻抗建模与分析方法,建立了变换器系统小信号阻抗表达式,并探究了公共坐标系选择对系统稳定性分析的影响。在此基础上,研究了多变换器案例系统的稳定裕度受变换器接入位置的影响,根据稳定裕度差异选择合适的变换器接入位置使得稳定裕度最大。对于不稳定的多变换器系统,提出了利用环路增益矩阵关键特征值参与因子识别造成系统失稳的主导变换器。（3）提出了基于阻抗灵敏度的系统稳定性影响因素研究方法,可以直观定量地分析多变换器控制参数和元件参数对系统稳定性的影响。推导了“单输入单输出Y+Z型、单输入单输出Z+Z型、多输入多输出Y+Z型及多输入多输出Z+Z型”典型变换器系统的等效阻抗判据。在等效判据的基础上,利用阻抗灵敏度可以定量地研究影响系统稳定性的主导控制参数和元件参数,并根据主导参数的灵敏度有针对性地调整相关参数,从而可以高效地提升系统稳定性。（4）结合多变换器稳定性分析理论和阻抗测量技术,提出了基于阻抗测量原理的多逆变器系统稳定性校验分析方法,适用于多逆变器接入电网前稳定性校验场合。提出了主动式阻抗灵敏度分析方法,利用阻抗测量数据进行灵敏度计算,可以有效识别造成系统失稳的主导逆变器。探究了多逆变器系统耦合机理,分析了电网阻抗对逆变器耦合特性的影响。本文提出的多变换器系统稳定性建模分析及稳定性提升措施的有效性得到PSCAD/EMTDC仿真和RT-LAB实验的验证。总而言之,本文针对现有研究的不足,在多变换器系统小信号稳定性建模方法、分析手段及耦合失稳机理探究等方面做了相关工作,可以为多变换器系统稳定性提升提供理论依据,从而确保多变换器系统安全稳定运行。
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