多变流器电能系统协调控制及稳定性基础理论与关键技术

This project is proposed to reach the following objectives through investigations into power systems with multiple converters regarding issues like inside coordinative control, outside transfer control, and analysis, design, monitoring and conditioning on system stability..1).To acquire the characteristics and operation principles of different power converters in maintaining bus voltage amplitude and frequency, sharing active and reactive power, and supporting the MPPT of new energy sources, so that a strategy and corresponding method for the inside coordinative control can be proposed to meet all the above mentioned requirements and a systematic design methodology can be established..2).To acquire the laws that govern the dynamic process when power systems with multiple converters switch with outside power systems, so that, based on the established inside coordinative control strategy and method, a optimized strategy and corresponding method for the outside interfacing control can be proposed to realize smooth and seamless transferring, and a systematic design methodology can be established..3).To propose a stability criterion for cascaded converters based on terminal impedances that has merits like simple calculation and weak conservativeness, and to establish the fundamental theoretic framework for the analysis and design of the stability of power systems with multiple converters. .4).To propose on-line monitoring methods on the system stability and control methods for bus conditioners, both based on terminal impedances of power converters, so that a series of valid methods and techniques can be formed for the monitoring and conditioning of stability of power systems with multiple converters.

通过深入研究多变流器电能系统内部变流器之间及与外部电能系统之间的协调控制方法，系统稳定性的分析、设计及监控方法，实现如下目标：.1）获取不同变流器在维持母线电压幅度和频率、分担有功和无功负荷、支持新能源电源最大功率跟踪等各方面的运行特性和规律，从而提出同时满足以上各方面要求的多变流器之间的协调控制策略和控制方法，建立其设计方法体系；.2）获取多变流器电能系统与外部电能系统切换时的动态过程规律，从而基于已建立的变流器间协调控制策略和控制方法，提出与外部电能系统之间无缝平滑切换的最优协调控制策略与控制方法，建立其设计方法体系；.3）提出基于变流器端口阻抗特性的、计算量小、保守性弱的级联变流器系统稳定性判据，进而建立多变流器电能系统稳定性分析和设计的基本理论框架；.4）提出基于变流器端口阻抗特性的系统稳定性在线监测方法及母线调节器控制方法，进而形成多变流器电能系统稳定性监控的有效方法和技术体系。

本项目紧密围绕多变流器电能系统中协调控制和稳定性两大科学问题展开研究，初步建立了较完整的系统协调控制和稳定性的理论体系框架，提出了一系列协调控制及稳定性分析与监控方法，从根本上解决了现有研究中存在的问题。.在系统协调控制方面，先后提出了基于统一虚拟功率的功率控制解耦方法、基于虚拟阻抗逐次逼近的无功均分策略、基于小交流信号注入的二次控制及不平衡与谐波功率均分等多种控制方法，解决了现有基本下垂控制中的不足，进而提出了基于下垂控制和主从控制相结合的统一控制策略，可综合实施以从根本上解决了现有内部协调控制的不足；同时本项目在提出基于电压源型并网逆变器的功率解耦控制方法、改进型基于直接电流控制的切换控制方法的基础上，获得了基于下垂控制和间接电流控制的切换控制方法，进而揭示了电流型电源对微网切换的影响机理，最终从根本上解决了现有外部协调控制的问题。.在系统稳定性方面，提出了基于阻抗无穷范数的三相交流系统稳定性判据，解决现有双变流器系统判据计算复杂度高保守性较强的问题。对于多变流器系统，从直流系统出发，提出了基于端口特性的变流器分类方法，进而提出多模块互联系统的稳定性判据，解决了现有判据依赖功率流向的局限性，同时进一步将该分析方法拓展到三相交流系统中，提出了基于下垂控制逆变器并联系统的小信号建模与稳定性判据以及基于复系数传递函数的系统稳定性分析方法，建立起较完整的多变流器电能系统稳定性分析理论框架；依据该理论框架，提出了一系列阻抗测量方法及测量装置控制方法，同时提出了基于内部阻尼控制及外接有源阻尼器的系统稳定性控制方法，从根本上解决了系统稳定性监控中的一些问题。.本项目研究成果已发表国际期刊论文15篇，高水平国际会议论文47篇，申请发明专利21项，已获授权15项；项目负责人做大会特邀报告23次，技术专题讲座10次；相关研究成果发展为校企合作项目立项3项，联合申请专利7项，其中美国和欧洲专利4项；承办IEEE会议1次。