直流配用電系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性分析及致穩(wěn)控制

前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2直流配用電系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀4
1.2.1基于狀態(tài)空間模型的特征值分析法4
1.2.2阻抗分析法5
1.3直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定性提升方法研究現(xiàn)狀14
1.3.1基于無源元件的穩(wěn)定性提升方法15
1.3.2基于源側(cè)虛擬阻抗控制的穩(wěn)定性提升方法16
1.3.3基于負載側(cè)虛擬阻抗控制的穩(wěn)定性提升方法17
1.3.4基于振蕩抑制設(shè)備的穩(wěn)定性提升方法19
1.4本書的主要內(nèi)容20
第2章相關(guān)控制理論簡介與電力電子變換器小信號建模21
2.1相關(guān)控制理論的基本概念與頻域穩(wěn)定判據(jù)21
2.1.1傳遞函數(shù)21
2.1.2控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念與穩(wěn)定判據(jù)22
2.1.3穩(wěn)定裕度25
2.2網(wǎng)絡(luò)理論26
2.2.1一端口網(wǎng)絡(luò)及其等效電路26
2.2.2二端口網(wǎng)絡(luò)及其參數(shù)方程27
2.2.3多端口網(wǎng)絡(luò)及其參數(shù)方程27
2.3 DC-DC變換器的小信號建模方法28
2.3.1DC-DC變換器的開環(huán)小信號模型28
2.3.2基于單電壓環(huán)控制的DC-DC變換器小信號模型34
2.3.3基于單電流環(huán)控制的DC-DC變換器小信號模型36
2.3.4基于下垂控制的DC-DC變換器小信號模型36
2.3.5基于電壓電流雙閉環(huán)控制的DC-DC變換器小信號模型37
2.4電壓源換流器(VSC)的小信號建模方法39
2.4.1 VSC的開環(huán)小信號模型39
2.4.2基于電壓電流雙閉環(huán)控制的VSC閉環(huán)小信號模型43
2.4.3基于P-Q控制的VSC閉環(huán)小信號模型46
2.5本章小結(jié)48
第3章兩變換器級聯(lián)直流系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)49
3.1系統(tǒng)建模與穩(wěn)定性分析49
3.1.1系統(tǒng)小信號模型49
3.1.2小信號穩(wěn)定性分析50
3.2小信號穩(wěn)定判據(jù)及對比分析51
3.2.1阻抗比判據(jù)51
3.2.2反阻抗比判據(jù)52
3.2.3阻抗和判據(jù)53
3.2.4導(dǎo)納和判據(jù)53
3.2.5母線阻抗判據(jù)與無源判據(jù)54
3.2.6幾類穩(wěn)定判據(jù)的對比分析54
3.3案例分析與實驗驗證56
3.3.1系統(tǒng)介紹56
3.3.2基于阻抗比判據(jù)的穩(wěn)定性分析57
3.3.3基于反阻抗比判據(jù)的穩(wěn)定性分析58
3.3.4基于阻抗和判據(jù)的穩(wěn)定性分析60
3.3.5基于導(dǎo)納和判據(jù)的穩(wěn)定性分析60
3.3.6基于母線阻抗的穩(wěn)定性分析61
3.3.7實驗驗證62
3.4本章小結(jié)63
第4章多變換器單母線直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)64
4.1系統(tǒng)建模與穩(wěn)定性分析64
4.1.1系統(tǒng)統(tǒng)一形式與小信號模型64
4.1.2小信號穩(wěn)定性分析66
4.2小信號穩(wěn)定判據(jù)及對比分析67
4.2.1子系統(tǒng)阻抗比判據(jù)67
4.2.2全局導(dǎo)納判據(jù)69
4.2.3母線阻抗判據(jù)70
4.2.4無右半平面極點型判據(jù)71
4.3案例分析與實驗驗證72
4.3.1案例1：單電壓源多負載系統(tǒng)72
4.3.2案例2：基于下垂控制的多電壓源直流配用電系統(tǒng)79
4.4本章小結(jié)85
第5章分布式直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)87
5.1系統(tǒng)建模與小信號穩(wěn)定性分析87
5.2基于阻抗行列式的穩(wěn)定判據(jù)90
5.2.1阻抗行列式判據(jù)90
5.2.2與其他行列式判據(jù)的對比分析91
5.2.3阻抗行列式判據(jù)與無右半平面極點型判據(jù)的相關(guān)性93
5.3基于母線節(jié)點阻抗的穩(wěn)定判據(jù)95
5.3.1母線節(jié)點阻抗判據(jù)95
5.3.2母線節(jié)點阻抗判據(jù)與母線阻抗判據(jù)的相關(guān)性96
5.3.3母線節(jié)點阻抗判據(jù)與阻抗行列式判據(jù)的簡單比較97
5.4案例分析與實驗驗證97
5.4.1系統(tǒng)介紹97
5.4.2基于阻抗行列式判據(jù)的穩(wěn)定性分析99
5.4.3基于母線節(jié)點阻抗判據(jù)的穩(wěn)定性分析100
5.4.4實驗驗證101
5.5本章小結(jié)103
第6章接入弱電網(wǎng)的直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)105
6.1系統(tǒng)建模105
6.2穩(wěn)定性分析與基于等效環(huán)路增益的穩(wěn)定判據(jù)109
6.3基于子系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)113
6.3.1基于交流側(cè)子系統(tǒng)回路比矩陣的穩(wěn)定判據(jù)113
6.3.2基于直流側(cè)子系統(tǒng)阻抗比的穩(wěn)定判據(jù)114
6.3.3四種穩(wěn)定判據(jù)的對比分析115
6.4案例分析與實驗驗證116
6.4.1系統(tǒng)介紹116
6.4.2基于等效環(huán)路增益的穩(wěn)定性分析117
6.4.3基于子系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析119
6.4.4實驗驗證121
6.5本章小結(jié)123
第7章兩電壓等級直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)124
7.1三級級聯(lián)直流系統(tǒng)124
7.1.1系統(tǒng)建模124
7.1.2小信號穩(wěn)定性分析與穩(wěn)定判據(jù)127
7.1.3子系統(tǒng)穩(wěn)定性與系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的關(guān)系131
7.2兩電壓等級直流配用電系統(tǒng)133
7.2.1系統(tǒng)建模133
7.2.2穩(wěn)定性分析139
7.2.3基于等效環(huán)路增益的穩(wěn)定判據(jù)142
7.2.4基于子系統(tǒng)阻抗比的穩(wěn)定判據(jù)144
7.2.5基于母線阻抗的穩(wěn)定判據(jù)148
7.3案例分析與實驗驗證149
7.3.1案例1：三級級聯(lián)直流系統(tǒng)149
7.3.2案例2：直流變壓器采用輸出電流控制的兩電壓等級直流配用電系統(tǒng)159
7.4本章小結(jié)167
第8章多電壓等級直流配用電系統(tǒng)穩(wěn)定分析與判據(jù)168
8.1級聯(lián)型多電壓等級直流配用電系統(tǒng)168
8.1.1系統(tǒng)建模168
8.1.2系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性分析方法173
8.2并聯(lián)型多電壓等級直流配用電系統(tǒng)176
8.2.1系統(tǒng)建模176
8.2.2系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性分析方法180
8.3案例分析與實驗驗證182
8.3.1系統(tǒng)介紹182
8.3.2系統(tǒng)穩(wěn)定性分析182
8.3.3實驗驗證186
8.4本章小結(jié)189
第9章用于提高級聯(lián)直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的虛擬阻抗控制策略190
9.1級聯(lián)直流系統(tǒng)不穩(wěn)定問題與阻抗重塑思路190
9.1.1級聯(lián)直流系統(tǒng)阻抗特性與失穩(wěn)機理190
9.1.2阻抗重塑基本思路191
9.2四種提高級聯(lián)直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的虛擬阻抗控制策略193
9.2.1源側(cè)串聯(lián)虛擬阻抗控制策略193
9.2.2源側(cè)并聯(lián)虛擬阻抗控制策略195
9.2.3負載側(cè)串聯(lián)虛擬阻抗控制策略197
9.2.4負載側(cè)并聯(lián)虛擬阻抗控制策略199
9.3面向Buck類恒功率負載的功率自適應(yīng)并聯(lián)虛擬阻抗控制策略201
9.3.1Buck類恒功率負載的傳遞函數(shù)與輸入阻抗特性201
9.3.2自適應(yīng)并聯(lián)虛擬阻抗設(shè)計202
9.3.3控制器設(shè)計與簡化203
9.3.4控制器的數(shù)字實現(xiàn)205
9.4案例分析與實驗驗證206
9.4.1系統(tǒng)介紹206
9.4.2系統(tǒng)穩(wěn)定性與動態(tài)特性分析206
9.4.3實驗驗證209
9.5本章小結(jié)210
第10章直流配用電系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定規(guī)范211
10.1多類型負載的幅相頻率特性211
10.2接入弱電網(wǎng)的直流配用電系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定規(guī)范213
10.2.1系統(tǒng)穩(wěn)定的充分非必要條件213
10.2.2 AC-DC變換器的交流側(cè)導(dǎo)納穩(wěn)定邊界條件214
10.2.3直流側(cè)阻抗穩(wěn)定邊界條件216
10.3多電壓等級直流配用電系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定規(guī)范217
10.3.1系統(tǒng)穩(wěn)定的充分非必要條件217
10.3.2直流變壓器輸出阻抗的穩(wěn)定邊界條件220
10.3.3電壓源輸出阻抗的穩(wěn)定邊界條件221
10.4案例分析與實驗驗證223
10.4.1案例1：接入弱電網(wǎng)的直流配用電系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定設(shè)計223
10.4.2案例2：多電壓等級直流配用電系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定設(shè)計229
10.5本章小結(jié)231
附錄A必要的數(shù)學(xué)證明與計算233
參考文獻237