侯朋飛，徐曄，崔陳華，王金全，宋鵬超

（解放軍理工大學，南京 210007）

0 引言

隨著分布式能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，電力電子裝置在其中的作用顯得越來越重要，在實際電源系統(tǒng)中，必然涉及各電源模塊級聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)、組合等多種協(xié)同工作形式。各子系統(tǒng)之間相互作用對電源系統(tǒng)整體性能包括穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)動態(tài)性能、諧波電能質(zhì)量及電磁干擾等相關領域產(chǎn)生決定性影響，使得電源管理難度加大。與此同時，各模塊可能來自不同供應商，在電源模塊逐步標準化以適應工業(yè)界需求的同時，模塊間的兼容匹配亦需要規(guī)范定義以確保通用性與互換性，從源頭解決系統(tǒng)集成后性能下降甚至震蕩不能正常工作的問題。

對于直流分布式系統(tǒng)而言，通常柴油機組經(jīng)過整流器連接到直流電網(wǎng)，蓄電池經(jīng)過雙向DC/DC連接到電網(wǎng)。負載側(cè)通過DC/DC變換向直流負載供電，通過 DC/AC向交流負載供電。如圖1所示為直流分布式系統(tǒng)。

先前的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法需要已知模塊內(nèi)部結構及參數(shù)且判據(jù)復雜，基于單個模塊阻抗測量的穩(wěn)定性分析方法只需已知并聯(lián)系統(tǒng)的均流方法和工況。一般測量單個模塊獨立運行時的輸出阻抗是通過并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗與單個模塊獨立運行時的輸出阻抗之間的關系來獲得總輸出阻抗，根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗是否存在右半平面極點來判斷并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 基于主從均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗

如圖2所示為基于主從均流模式的并聯(lián)等效電路圖。當均流通訊線接口懸空時，電壓環(huán)起作用，均流環(huán)無效。當均流通訊線接口接恒壓源時，均流指令信號擾動為 0，輸出阻抗包含均流調(diào)節(jié)器信息[1]。

其中ZOM為主模塊的輸出阻抗，ZOi為均流通訊線懸空時從模塊i的輸出阻抗，Zcsi*為均流通訊線接恒壓源時從模塊 i的輸出阻抗。此時系統(tǒng)的總輸出阻抗為:

2 基于平均均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗

同樣，基于平均均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)的等效圖如圖3所示[4]。

并聯(lián)時模塊 i的輸出阻抗為：

Zoi為均流通訊線懸空時模塊i的輸出阻抗，Zcsi*為均流通訊線接恒壓源時模塊i的輸出阻抗[2]。因此，并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出阻抗為：

其中Zcsj為并聯(lián)運行時模塊j的輸出阻抗，ZOj為均流通訊線懸空時模塊j的輸出阻抗，Zcsj*為均流通訊線接恒壓源時模塊j的輸出阻抗[3]。

3 并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗獲取方法的仿真驗證

如圖4所示為基于主從均流策略的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗 Bode圖，該圖表明了輸出阻抗的幅值和相位隨著頻率的變化情況。其中上圖為直接測量的結果，下圖為計算得到的結果。通過比較可以看出，測量結果和計算結果基本吻合，因此基于主從均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗獲取方法得到驗證。

如圖 5所示為基于平均均流策略的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗 Bode圖，其中下圖為直接測量的結果，上圖為計算得到的結果。通過比較可以看出，測量結果和計算結果基本吻合，因此基于平均均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗獲取方法得到驗證。

4 并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的仿真

對于并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出阻抗而言，若總輸出阻抗不存在不穩(wěn)定（RHP）極點，則該并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定，若存在不穩(wěn)定（RHP）極點，則該并聯(lián)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

如圖6所示為在Matlab中仿真得到的穩(wěn)定并聯(lián)系統(tǒng)的總輸出阻抗 Bode圖，從該圖中可以看出不存在RHP極點。

如圖7所示為上述并聯(lián)系統(tǒng)的時域仿真結果圖，由圖中可以看出并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電壓存在震蕩現(xiàn)象，輸出電流存在較大紋波，表明該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

圖8為Matlab中改變參數(shù)獲得的不穩(wěn)定并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗Bode圖，由圖可以看出該Bode圖在7.2 kHz的時候存在RHP極點。

5 并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的實驗驗證

通過上面的分析，采用直流電源作為并聯(lián)系統(tǒng)的供電電源，兩個 DC/DC電力電子負載并聯(lián)運行，使用網(wǎng)絡分析儀對并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗進行測量。分別對一個穩(wěn)定系統(tǒng)（實驗 1）和一個不穩(wěn)定系統(tǒng)（實驗2）進行測量。

對于并聯(lián)輸出的電壓，在時域的仿真結果如下圖9所示：

仿真與實驗很好的結合起來，對于仿真的穩(wěn)定系統(tǒng)，其對應的實驗系統(tǒng)也是穩(wěn)定的，并聯(lián)輸出阻抗沒有RHP極點。實驗2的仿真結果如下圖所示：

對于實驗2的不穩(wěn)定系統(tǒng)，仿真中其輸出電壓出現(xiàn)大量紋波，系統(tǒng)不穩(wěn)定，實驗中系統(tǒng)的輸出阻抗Bode圖中有RHP極點，實驗很好驗證了仿真結果。

6 結論

本文分析了直流分布式系統(tǒng)的結構，在直流分布式系統(tǒng)中多個電力電子模塊的并聯(lián)會造成不穩(wěn)定現(xiàn)象，然后分析了基于主從均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗和基于平均均流模式的并聯(lián)系統(tǒng)總輸出阻抗，并對并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗方法進行驗證，在Matlab中對并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行仿真，實驗校驗了仿真的正確性。

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[1]張衛(wèi)平. 開關變換器的建模與控制. 北京:中國電力出版社，2006.

[2]丁道宏. 電力電子技術，北京:航空工業(yè)出版社，1999.

[3]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

[4]王兆安，黃俊.電力電子技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.