前言

近年來，在國家“碳達峰、碳中和”戰略目標的核心引領，以及新能源高效利用與直流負荷可靠供電的需求驅動背景下，直流配用電技術得到快速發展，多個直流配用電系統示范工程相繼建成投運。直流配用電系統憑借其新能源接入的靈活性和直流設備供電的便利性等優點，在數據中心、低碳建筑、飛機艦船、軌道交通等領域扮演著重要角色，已成為構建新型電力系統的關鍵環節之一。然而，在高滲透率新能源接入與大規模直流負荷供電場景下，直流配用電系統的穩定性問題逐漸顯現：大量電氣設備的控制環路交互作用越發復雜，端口阻抗耦合也越發緊密，加劇了直流配用電系統的失穩風險，增大了系統穩定控制和設計難度。因此，在直流配用電技術方興未艾的當下，深入開展直流配用電系統的穩定性研究，對于保障系統穩定安全運行十分必要。

一般來說，直流配用電系統的穩定性問題包括兩類：一是大信號穩定問題，二是小信號穩定問題。鑒于系統大信號穩定的前提是小信號必須穩定，因此首要任務是解決直流配用電系統的小信號穩定問題。1976年，美國Middlebrook教授首次基于阻抗來設計變頻器負載的濾波器參數，開啟了阻抗分析法在直流電源系統穩定設計中的應用。近半個世紀以來，阻抗分析法因其清晰的物理意義與可測量優勢，在大量研究論文中得到應用并不斷發展，但這方面的專著卻相對稀缺，本書正是在這樣的背景下開始規劃和撰寫的。

本書總結了東南大學電氣工程學院陳武教授團隊在直流配用電系統小信號穩定性研究方面的工作積累，是研究團隊共同努力的成果之一。本書共分為10章。第1章介紹了直流配用電系統小信號穩定性的概念和研究背景，詳細回顧了阻抗分析法的發展歷程，并闡述了多種系統穩定性提升方法。第2章簡要介紹了與直流配用電系統小信號穩定分析相關的控制理論基本概念與頻域穩定判據，重點推導和分析了典型DC-DC變換器和電壓源換流器采用不同控制方式時的閉環小信號數學模型與等效電路模型。第3章介紹了兩變換器級聯直流系統的小信號建模與穩定性評估方法，詳細對比分析了五種阻抗穩定判據的優缺點。第4章探討了多變換器單母線直流配用電系統的小信號建模與穩定分析方法，推導了基于阻抗的系統特征方程，同時提出了子系統阻抗比判據、全局導納判據、母線阻抗判據與無右半平面極點型判據。第5～8章進一步介紹了幾類多母線直流配用電系統的小信號模型與穩定判據，包括各類型系統小信號穩定分析時所面臨的特殊問題，以及相應穩定判據與其他類型系統穩定判據之間的關系等。第9章討論了基于阻抗重塑的直流配用電系統致穩控制方法，同時面向Buck類恒功率負載提出了一種功率自適應并聯虛擬阻抗控制策略，有效抑制了不同負載功率下的系統振蕩。第10章通過分析多類型負載的阻抗頻率特性，面向多電壓等級直流配用電系統，提出了電壓源換流器與直流變壓器端口阻抗的穩定邊界條件（即阻抗規范），以保障整個系統穩定運行。本書在對關鍵概念、控制理論進行細致推導和講解的同時，還給出了多種分析案例，便于讀者掌握直流配用電系統的小信號穩定分析和設計流程，提升學習效率。

本書的內容規劃、整理和撰寫工作主要由陳武教授、何棒棒博士和穆涵博士共同完成。參與本書相關課題研究工作的碩士還有潘鵬鵬、章純和詹丁等，在此對他們的辛勤付出和不懈努力表示感謝。

本書的相關研究工作得到了以下科學基金與科技項目的大力資助，在此也表示衷心感謝：國家自然科學基金優秀青年科學基金項目“電力電子功率變換”（51922028）、國家重點研發計劃子課題“直流并網分布式光伏與系統的相互影響及集成設計技術”（2018YFB0904103）、國家電網公司總部科技項目“基于高性能功率器件的高品質供用電關鍵技術研究”（5108-202218280A-2-229-XG）。

本書得到了機械工業出版社的大力支持，他們在編輯、校對和出版過程中提供的專業幫助，確保了本書的順利出版，特此致謝。

限于作者水平和編寫時間，書中難免存在疏漏甚至謬誤之處，敬請各位前輩和同行不吝指正。