基于微型燃气轮机发电的混合动力系统小信号稳定性分析及前馈补偿控制

李鸿扬，温旭辉，王又珑

(1. 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室， 中国科学院电工研究所， 北京 100190;2. 中国科学院大学， 北京 100049)

1 引言

由燃气轮机、发电机及整流器、电力推进负载等组成的混合动力系统如图 1所示。由于各个模块独立设计，对系统其他模块的参数匹配和控制结构、参数对系统稳定性的影响考虑不充分，故在各个模块集成后，可能会出现系统不稳定现象[1-3]。例如，在整流器设计时，通常以电阻为负载进行控制结构和参数设计，但在混合动力系统中整流器的负载多呈现负阻抗特性的恒功率负载，这将导致在集成后，由于模块之间的相互作用产生稳定性问题。

图1 系统结构图

当前混合动力发电系统的小信号稳定性研究多关注于电气端口，如直流母线及多装置并联端口，而对于机械端口少有研究[4-8]。例如，在混合动力系统中的燃气轮机外特性也具有很强的非线性特征，且具有转矩响应慢及惯量小的特点，当其负载为恒压控制的发电机及整流器时，整流器及发电机对于前级模块(燃气轮机)而言为恒功率负载，使得小信号稳定性问题突出。

小信号稳定性问题是燃气轮机发电系统研究的重点和难点之一。一定程度上可以借鉴电力系统小信号阻抗稳定性分析方法进行研究。电力系统中各个变换装置在运行时，由于装置之间的相互影响，会出现不稳定现象。目前，应用最广泛的电力系统小信号稳定性分析方法是在1976 年由Middlebrook 等提出的阻抗分析法[2]。……