基于阻抗的级联系统稳定性判别方法-张兴霞

基于阻抗的级联系统稳定性判别方法汇报人：张兴霞指导老师：李金刚、姬军鹏3阻抗稳定性分析方法的改进4多模块系统的阻抗稳定性分析方法最基本的Middlebrook稳定性判别方法26三相交流系统的稳定性分析方法5导纳参与阻抗稳定性判别方法（Z+Y型）1基于级联系统阻抗的稳定性方法的提出7阻抗的实测方法基于阻抗的级联系统稳定性判别方法2020/5/10与模型阶数无关，可在线测量不依赖于模块的内部的结构基于阻抗的稳定性判别方法判别方法仅依赖于子系统的阻抗关系需建立高阶的数学模型数学模型依赖于电路的内部结构复杂电网系统的传递函数难以确定源变流器负载变流器源变流器负载变流器未来电力系统1、基于级联系统阻抗的稳定性方法的提出•1/16基于阻抗的稳定性分析劳斯+频域（BODE图）2020/5/102、最基本的Middlebrook稳定性判别方法2020/5/10vo2vo1io1源电源模块vi1ii1io2负载电源模块vi2ii2ZoZivi1io1vo2ii2-1+Av1(s)Ai1(s)Zo1(s)1/Zi1(s)vo1ii1++++Av2(s)Ai2(s)Zo2(s)vi2io2+++1Source1/Zi2(s)LoadiV.A-ZZA=iVoiiiovio1m2v1v1i02T1AAVV2i1omZZT框图中的次环路增益Zo/Zi其中系统的等效环路增益。2020/5/10•2/16基于阻抗的稳定性分析-60.0-40.0-20.00.020.040.01.010.0100.01.0k10.0k100.0kZiZo700.0800.0900.00.080.0850.090.0950.1Bus_voltage(V)t(s)-60.0-40.0-20.00.020.040.01.010.0100.01.0k10.0k100.0kZiZo700.0800.0900.00.080.0850.090.0950.1Bus_voltage(V)t(s)系统稳定性要求:不环绕禁区，不穿越禁区)()()(sZsZsTiom禁区•假定源变流器与负载变流器单独工作时均稳定•级联电源系统稳定的充分必要条件是:在复平面上,Tm不包围(-1,j0)2、最基本的Middlebrook稳定性判别方法Middlebrook判据是确保系统稳定的充分条件，但十分苛刻，会导致系统设计过于保守，要在全频率范围内都满足这个条件也很困难。2020/5/10•3/16基于阻抗的稳定性分析在实际应用中，若环路增益与单位圆有交点，但不包围点（-1,j0）点，此时系统的稳定性取决于系统的相角裕度（PM），和幅值裕度GM是否足够大。3、阻抗稳定性分析方法的改进()1||||||()omiZsTZsGmWildrick提出了基于禁区概念的阻抗判据。即：1||||180-180+mmmmTTGm且若等效环路增益Tm不入该区域，就认为系统是稳定的，且系统具有所期望的PM和GM。该判据对阻抗比的要求可以描述为：1Re()-mTGm这个禁区判据要更为直观一些，因此更加具有实用性。2020/5/10•6基于阻抗的稳定性分析判据A是环路增益Tm不能穿越曲线AB和负实轴CD，以保证系统具有一定的φm和Gm禁区判据A和B的禁止区表达式繁琐，禁区判据C其限制范围相对而言比较宽松，尤其在多模块系统中，解决了禁区判据A和对单个负载变换器输入阻抗标准制定困难的问题3、阻抗稳定性分析方法的改进其它的禁区判据还有很多，但不论何种禁区判据都是基于以下两点提出的：1)保证级联系统的等效环路增益满足奈奎斯特判据；2)保证判据具有实用性。2020/5/10•5/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/100ReIm(-1,0)()mTs()mTsImRe00.51.060°(-1,0)()mTsImRe01.0212/1ZZRei0120ZZ120dB6ZZiooi对负载子系统的稳定性要求拓展到单个负载Re10n21Zo/Zik60°ImRe01Zo/ZikIm21(-1,0)n1iikikoPP21ZZReSourceZilLoad2Zi2LoadnZinZiZoLoad1DCbusP1P2Pn3、阻抗稳定性分析方法的改进2020/5/10•6/16基于阻抗的稳定性分析ioikikoZZPPZZZo/Zik的附加禁区(k=1,2,…n)1Zo/Zi的禁区Re0Zo/ZikIm2160ikPP21SourceZilLoad2Zi2LoadnZinZiZoLoad1DCbusP1P2Pnino2io1ioioZZZZZZZZ4、多模块系统的阻抗稳定性分析方法2020/5/10•7/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/10SourcemoduleLoad1ZilLoad2Zi2ZiZoDCbusforbiddenregionforZo/Zi1andZo/Zi2101/4-2.0-1.00.01.02.03.0-3.0-2.0-1.00.01.02.0Zo/Zi1Zo/Zi2Zo/Zi(Zi=Zi1//Zi2)现有方法无法保证在单个负载输入阻抗满足禁区条件时，负载子系统的输入阻抗Zi同时满足禁区条件。4、多模块系统的阻抗稳定性分析方法2020/5/10•8/16基于阻抗的稳定性分析120ZZ120dB6ZZiooi2/1ZZRei0现有方法所提出方法4、多模块系统的阻抗稳定性分析方法单模块多模块2020/5/10•9/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/10n1iikikoPP21ZZRe21ZZReio充分条件ImRe01.0ImRe01.0Zo/Zik确保n1iikPP2121Zo/Zi(k=1,2,…n)单个负载负载子系统阻抗比禁止区系统稳定性需满足Re(Zo/Zi)大于等于1/2，它禁止Zo/Zi的曲线环绕（-1、0）点，同时保证系统具有6dB的增益裕量和60°的相角裕度。4、多模块系统的阻抗稳定性分析方法2020/5/10•10/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/10ABCD由于所提变流器端口特性分类方法与功率流向无关，因此以下四种系统均可以认为是Z+Y型系统。源Y型模块负载Z型模块源Y型模块负载Z型模块源Y型模块Z型模块负载源Z型模块Y型模块负载Z1Y2Z型模块Y型模块2ˆi1ˆvvˆiˆ5、导纳参与阻抗稳定性判别方法（Z+Y型）Z12号蓄电池1号模块Ki2Gi22号模块KvGvKi1Gi1CY21号蓄电池VrefIrefD1D22020/5/10•11/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/10Z+Y型两模块级联系统稳定性分析Z1Y2Z型模块Y型模块2ˆi1ˆvvˆiˆ21111ˆˆYZvv1111ˆˆ2121211YZYZYZvi212112111ˆˆYZYZZiv根据等效电路得出传递函数OCTT1N(TC)是传递函数TC在复平面的轨迹顺时针绕过原点(0，0)的次数。Cauchy定理Nyquist稳定性判据N(TO)是传递函数TO在复平面的轨迹顺时针绕过(-1，0)的次数。分母的右半平面零点数决定系统稳定性数学工具5、导纳参与阻抗稳定性判别方法（Z+Y型）2020/5/10•12/16基于阻抗的稳定性分析2020/5/10Z+Y型两模块级联系统稳定性分析21111ˆˆYZvv)1()(2121YZRHZYZN乘积型稳定性判据212112111ˆˆYZYZZiv)()1()1(12121ZRHZYZRHZYZN导纳和型稳定性判据1111ˆˆ2121211YZYZYZvi)()()11()1(212121YRHZZRHZYZRHZYZN)()()(CCCTRHPTRHZTN)()()(OCOTRHPTRHZTN逆乘积型稳定性判据特征点(-1，0)特征点(0，0)特征点(-1，0)当且仅当所估算的右半平面零点数为零时，该系统稳定5、导纳参与阻抗稳定性判别方法（Z+Y型）2020/5/10•13/16基于阻抗的稳定性分析2号蓄电池3号蓄电池1号蓄电池C1L11号模块Gv1VrefGi1Gi2I2refL22号模块L33号模块Gi3I3ref5、导纳参与阻抗稳定性判别方法（Z+Y型）2020/5/10•14/16基于阻抗的稳定性分析基于阻抗（导纳）矩阵的奇异值判据(())(())1.(,)SdqLdqZjYj基于阻抗（导纳）矩阵的G-范数判据1||()||||()||.(,)4SdqGLdqGZjYjJI基于阻抗矩阵的∞-范数和1-范数()SdqZS的∞-范数()LdqYS的1-范数满足：11||()||||()||.(,)2SdqLdqZjYj刘进军提出基于阻抗矩阵的∞-范数判据，若满足：||()||||()||1.(,)SdqLdqZjYjJI三相交流系统的阻抗（导纳）是在同步旋转坐标系中定义的，是一个二阶矩阵整个系统的稳定性可依据级联系统稳定性判据进行分析。在分析整个系统稳定性之前，需要先得到源子系统输出阻抗ZSdq和负载子系统输入导纳YLdq。计算复杂提出的稳定性判据的保守性小于∞-1-范数判据和G范数判据；与奇异值判据相当，但计算复杂度小于奇异值判据6、三相交流系统的稳定性分析方法2020/5/10•15/16基于阻抗的稳定性分析+_aaaaVXZwI接收探头注入探头被测未知阻抗矢量网络分析仪12PxsetupPVZKZV1112211=PPVSVS1212||||xstdxstdxxPxZRZRsetupPPxZshortZshortsetupPVZKZVVZKZV=620stdR7、阻抗的实测方法2020/5/10•16/16基于阻抗的稳定性分析谢谢！请老师和同学们批评指正！