前言

近年来，在国家“碳达峰、碳中和”战略目标的核心引领，以及新能源高效利用与直流负荷可靠供电的需求驱动背景下，直流配用电技术得到快速发展，多个直流配用电系统示范工程相继建成投运。直流配用电系统凭借其新能源接入的灵活性和直流设备供电的便利性等优点，在数据中心、低碳建筑、飞机舰船、轨道交通等领域扮演着重要角色，已成为构建新型电力系统的关键环节之一。然而，在高渗透率新能源接入与大规模直流负荷供电场景下，直流配用电系统的稳定性问题逐渐显现：大量电气设备的控制环路交互作用越发复杂，端口阻抗耦合也越发紧密，加剧了直流配用电系统的失稳风险，增大了系统稳定控制和设计难度。因此，在直流配用电技术方兴未艾的当下，深入开展直流配用电系统的稳定性研究，对于保障系统稳定安全运行十分必要。

一般来说，直流配用电系统的稳定性问题包括两类：一是大信号稳定问题，二是小信号稳定问题。鉴于系统大信号稳定的前提是小信号必须稳定，因此首要任务是解决直流配用电系统的小信号稳定问题。1976年，美国Middlebrook教授首次基于阻抗来设计变频器负载的滤波器参数，开启了阻抗分析法在直流电源系统稳定设计中的应用。近半个世纪以来，阻抗分析法因其清晰的物理意义与可测量优势，在大量研究论文中得到应用并不断发展，但这方面的专著却相对稀缺，本书正是在这样的背景下开始规划和撰写的。

本书总结了东南大学电气工程学院陈武教授团队在直流配用电系统小信号稳定性研究方面的工作积累，是研究团队共同努力的成果之一。本书共分为10章。第1章介绍了直流配用电系统小信号稳定性的概念和研究背景，详细回顾了阻抗分析法的发展历程，并阐述了多种系统稳定性提升方法。第2章简要介绍了与直流配用电系统小信号稳定分析相关的控制理论基本概念与频域稳定判据，重点推导和分析了典型DC-DC变换器和电压源换流器采用不同控制方式时的闭环小信号数学模型与等效电路模型。第3章介绍了两变换器级联直流系统的小信号建模与稳定性评估方法，详细对比分析了五种阻抗稳定判据的优缺点。第4章探讨了多变换器单母线直流配用电系统的小信号建模与稳定分析方法，推导了基于阻抗的系统特征方程，同时提出了子系统阻抗比判据、全局导纳判据、母线阻抗判据与无右半平面极点型判据。第5～8章进一步介绍了几类多母线直流配用电系统的小信号模型与稳定判据，包括各类型系统小信号稳定分析时所面临的特殊问题，以及相应稳定判据与其他类型系统稳定判据之间的关系等。第9章讨论了基于阻抗重塑的直流配用电系统致稳控制方法，同时面向Buck类恒功率负载提出了一种功率自适应并联虚拟阻抗控制策略，有效抑制了不同负载功率下的系统振荡。第10章通过分析多类型负载的阻抗频率特性，面向多电压等级直流配用电系统，提出了电压源换流器与直流变压器端口阻抗的稳定边界条件（即阻抗规范），以保障整个系统稳定运行。本书在对关键概念、控制理论进行细致推导和讲解的同时，还给出了多种分析案例，便于读者掌握直流配用电系统的小信号稳定分析和设计流程，提升学习效率。

本书的内容规划、整理和撰写工作主要由陈武教授、何棒棒博士和穆涵博士共同完成。参与本书相关课题研究工作的硕士还有潘鹏鹏、章纯和詹丁等，在此对他们的辛勤付出和不懈努力表示感谢。

本书的相关研究工作得到了以下科学基金与科技项目的大力资助，在此也表示衷心感谢：国家自然科学基金优秀青年科学基金项目“电力电子功率变换”（51922028）、国家重点研发计划子课题“直流并网分布式光伏与系统的相互影响及集成设计技术”（2018YFB0904103）、国家电网公司总部科技项目“基于高性能功率器件的高品质供用电关键技术研究”（5108-202218280A-2-229-XG）。

本书得到了机械工业出版社的大力支持，他们在编辑、校对和出版过程中提供的专业帮助，确保了本书的顺利出版，特此致谢。

限于作者水平和编写时间，书中难免存在疏漏甚至谬误之处，敬请各位前辈和同行不吝指正。