[发明专利]复杂非线性静态特性描述的分布式电源模型简化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统中的分布式发电系统建模和仿真。特别是涉及一种复杂非线性静态特性描述的分布式电源模型简化方法。

背景技术

分布式电源的种类很多，有些需要用动态模型加以描述，而有些(如：光伏电池、燃料电池、蓄电池等)则可用静态非线性方程加以描述。具体建模方法通常可以分为解析模型和经验模型。解析模型是依据工作原理通过分析得到，可以反应内部机理和运行特性，这种模型一般在较宽的运行条件范围内都有效，但需要一定的专业理论知识，而且实现完全解析也非常困难。在解析模型不容易获得时通常采用经验模型，经验模型的参数可通过实验方法，借助数据拟合建立输出特性的经验公式，从而反映元件的输出特性，其适用的运行条件范围相对较小，具有较大的局限性，但是变量少，模型比较简单。

对于光伏电池、燃料电池和蓄电池等类电源，其工作原理较为复杂，通常采用解析模型和经验模型相结合的方式对其内部和外部输出特性进行建模，由此建立的数学模型往往也比较复杂。这类模型一般会涉及到大量的参数，如：环境参数(温度、光照强度等)、热力学参数、机械参数以及电气参数(电压、电流等)等。

在实际含大量分布式电源的配电系统或微网的仿真研究中，并非总是需要对所有分布式电源都采用详细准确的模型，对一些分布式电源的模型适当加以简化，可以在保证仿真精度的前提下有效提高仿真工作的效率，这一作法在研究配电系统或微网系统侧的问题时尤为有效。

当研究电力系统问题时，相对于分布式电源及储能元件的内部特性，研究人员更关心它们的输出外特性，而这一外特性可以采用曲线拟合方法来简化描述。曲线拟合方法有很多种，最常用的是线性拟合和多项式拟合。由于燃料电池，光伏电池和蓄电池等输出特性固有的分段特征，更适合采用线性分段拟合简化模型。在仿真中采用线性拟合除了具有模型简单、容易实现等固有优点外，其拟合模型更容易用电路模型表达。将复杂的详细模型化简为一系列线性模型的组合，不但简化了仿真建模过程，也将降低仿真算法中雅克比矩阵的维数，大大减少仿真过程中雅克比矩阵的更新次数，提高仿真程序的计算效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在保证仿真精度的前提下有效提高分布式发电系统仿真的效率，采用基于滑动窗口算法的分段线性拟合方法的复杂非线性静态特性描述的分布式电源模型简化方法。

本发明所采用的技术方案是：一种复杂非线性静态特性描述的分布式电源模型简化方法，包括如下步骤：

第一步：将待简化模型的数学表达式f(x)离散化，得到一组能反映函数f(x)基本特性的数据，{x_i，y_i}_1≤i≤N，x₁＜x₂＜…＜x_N；

第二步：设定分段线性拟合的初始点x_i，其中1≤i≤N；

第三步：设定初始分段区间G_j＝{x_m，…，x_n}的拟合误差限度ε_jmax，其中，j表示分段区间编号，1≤m＜n≤N；

第四步：按照给定规律自动增加数值点，扩大分段区间G_j；

第五步：使用直线拟合方法对分段区间G_j确定拟合直线l_j(x)，并计算拟合误差ε_j；

第六步：如果ε_j满足拟合误差限度ε_jmax要求，返回到第四步，继续扩大分段区间G_j，否则进入下一步骤；

第七步：记录分段区间G_j以及拟合直线表达式l_j(x)，完成该分段区间内的线性拟合；

第八步：如果还有未拟合的数值点，返回到第三步，进行新分段区间G_j+1的拟合，否则进入下一步骤；

第九步：根据已有的分段区间{G₁，G₂，…G_j，…}和拟合直线{l₁(x)，l₂(x)，…l_j(x)，…}，确定各分段直线节点，得到最终分段区间{G′₁，G′₂，…G′_j，…}，完成分段线性拟合。

第三步中所述的拟合误差是绝对误差、相对误差和相关系数中的一种或者多种。