第1章 绪论

1.1 研究背景

随着全球人口的持续增长和工业化进程的加速推进，人类生产活动导致二氧化碳等温室气体排放量的急剧上升，进而引发了全球气候变暖及其相关的一系列严重环境问题，包括极端天气事件的频繁发生、生态系统的破坏以及海平面的上升。为了应对这些挑战，低碳转型成为了全球共识，旨在通过减少碳排放和增加可再生能源的使用，缓解气候变化带来的影响。我国作为世界上最大的能源生产和消费国，每年约产生100亿t的碳排放，占全球总量的三分之一，其中能源领域的排放占比达到85%［1-3］，这一现状凸显了我国在调整能源结构和推进能源生产及消费向低碳化转型方面面临的重大责任与挑战。

2020年9月，国家主席习近平在联合国大会上宣布了“2030年碳达峰与2060年碳中和”的宏伟目标，明确了我国在能源转型和气候行动上的决心和方向［4］。2021年10月，国务院印发《2030前碳达峰行动方案》，进一步明确了低碳转型的具体路径，提出了构建新型电力系统和提升可再生能源发电比例的战略重点［5］。图1.1展示了2023年我国电力装机的构成情况。根据国家能源局发布的《2023年全国电力工业统计数据》［6］，全国累计发电装机容量约为29.2亿kW，其中可再生能源发电装机占比达到53%，历史性地超越火电装机容量，这一重大进展被写入《2024年国务院政府工作报告》［7］，标志着我国在能源结构优化和电力绿色低碳转型方面的历史性突破。

随着我国可再生能源装机比重的历史性提升，大规模分布式光伏和风电安全、高效并网的技术挑战越发显著。这是由于太阳能和风力发电受天气、温度等因素影响较大，具有明显的波动性与间歇性特征，当接入传统交流系统时，可能引发诸如线路容量过载、电压越限、节点电压不平衡等一系列电能质量问题[8-10]。此外，由于交流系统的一次设备在处理潮流双向流动和能量高效管理方面存在局限[10]，导致“弃光弃风”现象频发，不但制约了可再生能源的高效利用，还影响了电网的安全稳定运行和能效。

随着电力电子与直流配用电技术的快速发展，以及电动汽车、照明与通信设备等直流负荷的日益增长，直流配用电系统凭借分布式新能源的灵活接入和大规模直流设备供电的便捷性，在数据中心、低碳建筑、飞机舰载、轨道交通等领域发挥着重要作用[11-17]，如图1.2所示。与传统交流系统相比，直流配用电系统不存在无功、相位和频率问题，有效减少了能量变换环节，提高了供配电效率及供电的质量和可靠性，特别是在新能源高比例接入和直流负荷密集供电的场景中表现卓越[11，19]。因而，直流配用电系统已成为以新能源为主体的新型电力系统的关键组成部分，将为我国电力系统的低碳转型和可持续发展提供重要的技术支持。

尽管直流配用电系统在促进新能源消纳、提升能效与增强供电可靠性方面具有诸多优势，但随着电力电子化程度的不断提高，系统运行环境和工况日益复杂，多电力电子设备间复杂的控制环路耦合与阻抗交互作用容易导致直流母线电压失稳振荡，严重影响了直流配用电系统的安全稳定运行与进一步推广应用。因此，深入开展直流配用电系统的稳定性研究，阐明多类型直流配用电系统的失稳振荡机理与共性规律，提出系统级致稳控制策略与稳定设计方法，对于保障新型电力系统的建设与安全高效运行，实现我国能源结构转型和电力系统低碳发展目标具有深远的学术价值与社会意义。