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根据阻抗分析法，直流配用电系统失稳的主要原因是变换器或子系统间的阻抗不匹配。因此，可以通过修改和设计变换器的端口阻抗，提高直流配用电系统的稳定性，主要有如下四种方法。
基于无源元件的稳定性提升方法主要通过在系统中增加电阻、电容和电感中的一种或者串并联组合形式来提高直流配用电系统的稳定性 ［70-71］ ，如图1.11所示。抑制恒功率负载负阻尼特性的最直接方法是向其前级 LC 滤波器增加阻尼，图1.11a和b给出了两种常用方法，然而这将带来额外的功率损耗并降低系统效率 ［72］ 。根据阻抗比判据，通过降低源侧等效输出阻抗的谐振峰值，也可以避免系统的阻抗不匹配。例如可以在直流母线上并联阻容支路，或在滤波电感中并联或串联阻感支路，分别如图1.11c～e所示 ［70，73］ 。基于 LC 滤波器的二端口阻抗模型，参考文献［74］发现图1.11c～e所示的三种方案均会降低 LC 滤波器的性能，为此提出了一种用于稳定系统并提高 LC 滤波器性能的并联 RLC 阻尼支路方案，如图1.11f所示。
图1.11 基于无源元件的稳定性提升方法
不过，基于无源元件的稳定性提升方法不但增加了系统成本，而且降低了功率密度和效率，并且不能随着系统运行工况自动调整元件参数，灵活性也较差。为了避免增加无源元件所带来的成本和损耗，可以在变换器原有控制环路的基础上添加电压或电流反馈支路，并通过合理设计反馈支路的控制器及其参数，等效地实现在变换器端口或内部插入一个虚拟阻抗的效果，从而解决阻抗不匹配问题，并以较低成本提升系统稳定性 ［60，71，75］ 。由于虚拟阻抗是基于控制策略实现的，因此其特性和取值可以根据系统运行状态的变化灵活调整，自适应性较高。根据虚拟阻抗插入位置的不同，分为源侧虚拟阻抗控制和负载侧虚拟阻抗控制两类。
在源侧采用虚拟阻抗控制的优点是可以在不影响负载性能的情况下，通过修改源侧变换器的输出阻抗提升系统稳定性。如图1.12a和b所示，参考文献[76]和[77]分别将Buck变换器的输出电流 i bus 和电容电流 i C 引入控制环路，以实现在变换器输出侧并联虚拟电阻 R vd 的效果。然而，参考文献[76]所提控制策略需要通过比例微分控制器实现，难度较大，且可能会干扰原本的输出电压控制 [78] 。如图1.12c和d所示，参考文献[79]和[80]分别通过将Buck变换器的电感电流 i L 和输出电流 i bus 经系数 R vd 引入控制环路，以实现在滤波电感上串联虚拟电阻 R vd 的效果。参考文献[79]所提控制策略也可以用于Boost变换器、Buck-boost变换器和隔离型DC-DC变换器，但对变换器动态特性的负面影响较大 [78] ，尤其是严重影响了输出电压的稳态平均值，不过可以通过在反馈支路增加带通滤波器解决。参考文献[80]所提方案要求源变换器的闭环控制带宽必须大于恒功率负载输入LC滤波器的谐振频率，且不同恒功率负载的输入滤波器的谐振频率应不同。如图1.12e所示，参考文献[81]通过将Buck变换器的电容电流 i C 通过系数 k AD 引入控制环路，以实现在输出侧并联虚拟阻容的效果，不过增大虚拟电容会降低系统动态响应速度。如图1.12f所示，参考文献[82]通过将Buck变换器的输出电流 i bus 引入控制环路，以实现在滤波电感上串联虚拟阻感的效果。如图1.12g所示，参考文献[83]针对采用输出电压单闭环控制的源变换器，将其输出电流 i bus 经过控制器 G SVI （ s ）引入控制环路，以实现在输出侧串联虚拟阻抗 Z SVI （ s ）的效果，该方法不局限于特定的源变换器类型，且虚拟阻抗 Z SVI （ s ）的形式可以人为设定，但控制器 G SVI （ s ）的设计与实现可能较难。
图1.12 几种源侧虚拟阻抗控制策略
图1.12 几种源侧虚拟阻抗控制策略（续）
当直流配用电系统的源不可控或控制环路不允许修改时，源侧虚拟阻抗控制策略将无法应用。在这种情况下，可以通过对负载变换器实施虚拟阻抗控制来调整其输入阻抗，从而提升系统稳定性 ［71，78，84］ 。众多研究指出：负载变换器通常呈现恒功率负载特性，其输入阻抗在低频范围内的负阻尼特性是引发直流配用电系统失稳的主要原因 ［71，84-85］ 。因此，负载侧虚拟阻抗控制可以有效直接地从根本上解决直流配用电系统的失稳问题，故而受到了广泛关注和研究。
如图1.13a和b所示，参考文献[86]针对基于Buck变换器的负载，通过将输入电压 v in 引入控制环路，以分别实现在输入侧并联虚拟电阻 R vd 和虚拟阻容 R vd -C vd 的效果，图中， G BPF （ s ）和 G LPF （ s ）分别为带通和低通滤波器传递函数。该控制策略实现简单，但系数 k AD 需要基于复杂的复数计算得到。如图1.13c所示，参考文献[87]通过将直流母线电压 v bus 经传递函数 G PVI （ s ）引入负载变换器的单电压环控制环路，可以实现在输入侧并联虚拟阻抗 Z PVI （ s ）的效果。随后，参考文献[88]通过进一步设计 G PVI （ s ），使得所提控制策略可以自适应任何源变换器类型。此外，参考文献[87]还提出了一种负载变换器输入侧串联虚拟阻抗 Z SVI （ s ）的控制策略，如图1.13d所示，通过将直流母线电流 i bus 经传递函数 G SVI （ s ）引入单电压环控制环路，以实现 Z SVI （ s ）。在此基础上，参考文献[89]证明了在负载变换器的最大额定功率和最小额定输入电压范围内，上述串联虚拟阻抗控制可以实现源变换器和负载变换器幅频特性曲线的完全分离，同时，该参考文献也提出了一种具有自适应特性的负载变换器串联虚拟阻抗控制策略。
图1.13 几种负载侧虚拟阻抗控制策略
随后，许多研究将参考文献［87］所提出的两种虚拟阻抗控制策略进行了改进和拓展，例如参考文献［90］和［91］提出了基于双闭环控制的负载变换器串并联虚拟阻抗控制策略，并解决了多电压源与线路阻抗谐振所导致的失稳问题。参考文献［92］面向采用输出电流单闭环控制的双有源桥变换器，提出了基于母线电压和母线电流的串并联虚拟阻抗控制策略，以解决储能系统在重载条件下的不稳定问题，并通过比较发现，并联虚拟阻抗控制的带宽更高、动态特性更好。参考文献［84］通过结合Buck类恒功率负载的频域特性，提出了一种基于二阶带通滤波器的功率自适应并联虚拟阻抗控制策略，相较于上述文献，该策略的优点是可以自适应源变换器类型和负载功率的变化，同时补偿控制器的阶数较低且参数设计简单，缺点是该方法适用的变换器类型有限。
上述介绍的源侧和负载侧虚拟阻抗控制需要获得变换器的详细参数信息和修改权限，这在实际应用中存在限制。为了不改变原有系统的内部结构，参考文献[93]提出了一种自适应有源电容变换器，如图1.14所示。根据母线电压 v bus 控制输入电流 i a ，使得自适应有源电容变换器的端口表现为一个可以随着功率自适应变化的等效电容，从而降低源变换器的输出阻抗，避免源载阻抗不匹配，提升系统稳定性。自适应有源电容变换器即使在系统满载时所需的电容值 C a 也较小，因此可以选择寿命较长的薄膜电容，同时系统动态响应也快于直接增加直流母线电容的无源方案。参考文献[94]和[95]基于图1.14所示自适应有源电容变换器的电路拓扑，通过改进控制策略，实现了级联直流系统的稳定提升，并改善了负载变换器功率切换时母线电压的暂态波动。此外，参考文献[96 ]通过将上述电路拓扑并联到负载变换器的输出侧，吸收特定高频范围内的负载电流，以改善虚拟阻抗控制所导致的负载变换器自身动态特性降低的问题。不过，上述基于振荡抑制设备的稳定性提升方法也并非完美，明显增加了系统成本和多变换器协调控制复杂度。
图1.14 接入自适应有源电容变换器的级联直流系统