華北電力大學新能源電力系統分析控制與裝備可靠性團隊提出一種考慮參數不確定性的多變流器并網系統魯棒穩定性分析方法

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導語

隨著新能源占比不斷提高，變流器參數的不確定性對系統穩定性的影響日益凸顯。華北電力大學新能源電力系統分析控制與裝備可靠性團隊在《電工技術學報》2026年第4期撰文，提出一種計及多參數不確定性的多變流器并網系統魯棒穩定性分析方法，該方法基于μ分析理論，可量化評估系統的穩定裕度，并準確預測臨界穩定狀態下的振蕩模態。

研究背景

由于生產工藝、元件老化和測量誤差等原因，實際系統參數與標稱值之間必然存在偏差。傳統標稱模型忽略了這些系統參數的不確定性，使得確定性分析方法因無法考慮最惡劣的情況而可能造成分析結果錯誤。因此，為更為全面準確地評估變流器系統的小信號穩定性，從忽略參數不確定性的確定性方法轉變為考慮這些不確定性的替代方法十分必要。

論文所解決的問題及意義

多變流器系統中，傳統的蒙特卡洛法計算量大、過程繁瑣，且無法量化穩定裕度。而基于狀態空間分析方法在處理大規模系統時容易遭遇“維數災”問題。本文針對上述不足，將諧波線性化法與線性分式變換（LFT）相結合，建立了一種可計及多參數不確定性的多變流器并網系統dq小信號模型。在此基礎上，推導獲得了不確定系統的MΔ結構模型及其傳遞函數矩陣，并結合μ分析理論提出魯棒穩定性評估方法，實現了變流器并網系統魯棒穩定性的量化評估。

論文方法及創新點

1、 提出了計及多參數不確定性的變流器并網系統dq頻域小信號模型

將用于電力電子變流器建模的諧波線性化法與線性分式變換（LFT）相結合，分別對濾波電感、濾波電容、直流側電容及電網線路參數的不確定性進行了歸一化建模。結合GFL和GFM逆變器的dq頻域小信號表達式，構建了統一全局坐標系下多變流器并網系統魯棒穩定性分析整體模型，如圖1所示。

圖1 多變流器并網系統魯棒穩定性分析框圖

2、構建不確定系統的MΔ結構模型及其開環傳遞函數矩陣

通過將全部的參數不確定性提取并寫為對角矩陣形式，推導獲得了圖2所示不確定系統MΔ結構的開環傳遞函數矩陣M(s)。以此構建的多變流器并網系統魯棒穩定性分析MΔ結構框圖，成功將復雜的系統網絡與參數不確定性實現了解耦，為后續頻域量化評估奠定了數學基礎。

圖2 變流器并網系統魯棒穩定性分析MΔ結構框圖

3、提出了基于μ分析的魯棒穩定性分析方法

在獲取MΔ結構模型傳遞函數后，結合μ分析理論，引入結構奇異值（SSV）作為度量不確定系統魯棒穩定裕度的指標。針對單個跟網和單個構網逆變器的穩定性進行了分析，結果表明當系統近似處于臨界穩定狀態時，SSV峰值對應的頻率即為系統所發生的次同步和超同步振蕩頻率，故本方法兼具穩定性量化分析與振蕩頻率識別的功能。

(a) 濾波電感增加5%時的有功和并網電流波形

(b) 濾波電感增加10%時的輸出電流波形

(c) 濾波電感增加15%時的并網電流波形

圖3 不同濾波電感不確定性下的并網電流波形

圖4 不同濾波電感不確定性下的SSV-f曲線

圖5 濾波電感不確定度為10%下電網電流的FFT分析

4、硬件在環實驗驗證

為驗證所提出方法的準確性，本文以6變流器系統為例開展了硬件在環實驗，在計及多參數不確定性的惡劣工況下，系統在經擾動后出現等幅振蕩。利用本文方法獲得的SSV-f曲線如圖8所示，由峰值SSV≈1可判斷出此時系統處于臨界穩定狀態，且該峰值對應的頻率為15.5Hz；圖9給出了并網總電流的FFT分析結果，與理論分析結果一致，驗證了本文方法的正確性。

圖6 多變流器并網系統硬件在環實驗

圖7 計及多參數不確定性的總并網電流HIL實驗波形

圖8 計及多參數不確定性的SSV-f曲線

圖9 總并網電流的FFT分析

結論

1）基于LFT和諧波線性化建模方法，本文提出了一種可計及多參數不確定性的逆變器并網系統dq坐標系頻域小信號模型。該模型可準確地描述系統在小干擾下的動態特性，同時避免了狀態空間法針對多變流器系統建模易導致的“維數災”問題，并且可“顯式”地討論各參數不確定性對系統小干擾穩定性的影響。

2）經推導獲得了不確定系統的MΔ結構模型及其傳遞函數，基于μ分析理論，提出了一種用于分析并網逆變器系統魯棒穩定性的頻域分析方法。該方法可準確分析計及多參數不確定性的變流器并網系統的魯棒穩定性，同時利用SSV可實現系統穩定裕度的量化評估，有效降低了繁瑣線性化建模的工作量。

團隊介紹

新能源電力系統分析控制與裝備可靠性團隊隸屬于華北電力大學（保定）電力工程系，團隊中教授1人，副教授3人，講師2人，博士生導師1人，碩士生導師5人。團隊成員均為國家級一流本科課程《電路理論》、河北省優秀教學團隊教師。

團隊長期從事新能源發電系統建模、分析與控制、先進輸變電技術及電力電子器件建模及可靠性方面的研究。團隊成員主持國家自然科學基金4項，承擔國家電網公司和南方電網公司等橫向科研項目30余項。

劉欣

工學博士，華北電力大學（保定）電力工程系副教授。研究方向為新能源發電系統建模與控制、電力電子系統電磁兼容和瞬態特性。主持國家自然科學基金1項，發表學術論文30余篇。其中在IEEE Transactions on Power Electronics等期刊發表SCI收錄文章19篇。

賈焦心

工學博士，副教授、碩士生導師。研究方向為新能源并網控制和建模、微電網控制、虛擬同步機技術、柔性交流配電技術等。主持國家自然科學基金1項，發表學術論文10余篇。目前為EI期刊Chinese Journal of Electrical Engineering副編輯，獲評《電力自動化設備》、《電氣工程學報》雜志年度優秀審稿人。

王利桐

工學博士，華北電力大學（保定）電力工程系講師、碩士生導師。研究方向為新能源發電系統建模與控制、大功率電力電子器件建模、封裝及可靠性和柔性交流配電技術等。以第一/通訊作者發表學術論文9篇。主持中央高?；鹈嫔享椖?項，作為主研人完成科技項目3項。

本工作成果發表在2026年第4期《電工技術學報》，論文標題為“考慮參數不確定性的多變流器并網系統dq小信號模型及魯棒穩定性分析方法“。本課題為國家自然科學基金資助項目。

引用本文

劉欣, 吳柳穎, 賈焦心, 王利桐, 郭以賀. 考慮參數不確定性的多變流器并網系統dq小信號模型及魯棒穩定性分析方法[J]. 電工技術學報, 2026, 41(4): 1261-1280. Liu Xin, Wu Liuying, Jia Jiaoxin, Wang Litong, Guo Yihe. Multiple Grid-Connected Converter System dq Small-Signal Model Considering Parametric Uncertainties and Robust Stability Analysis Method. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(4): 1261-1280.

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