[发明专利]微型电网系统拓扑优化方法

说明书

技术领域：

本发明属于微型电网拓扑领域，涉及一种微型电网系统拓扑优化方法。

背景技术：

目前，国内外学者已对单一的电力电子装置、变换器的拓扑进行了深入的研究，取得了非常多的研究成果，装置效率、体积、控制性能等方面均达到了很高的水平。在系统层面上进行的拓扑结构研究工作主要集中于通讯系统及计算机电源系统的分析和优化。此类系统中一般为单输入系统，采用的变换器也主要以DC/DC变换器为主。当系统有多个输入电源、多种电能(电压或频率)输出，需要多种类型变换器组成时，如何选择系统的拓扑结构仍是一个需要进行深入研究的问题。

基于电力电子装置的微型电网系统拓扑的研究在微型电网领域中占据重要地位。长期以来，新的电力电子装置拓扑的创立过程主要依赖于灵感，没有充分的理论基础和可以遵循的模式，并且目前的电力电子拓扑研究主要集中在单个装置的水平，而多个电力电子装置级联构成的多个输入电源、多种电能输出，需要多种类型变换器组网的微型电网拓扑的整体结构推导演绎方法却鲜有研究。

发明内容：

本方法以图论理论为指导，结合电力电子装置的特点，根据输入输出条件的限定，有效地去除微型电网的系统结构穷举出的系统拓扑中冗余的部分，提高了系统拓扑生成的有效性，优化了可行的拓扑范围，缩小了可能拓扑的范围，消除了不必要的重复研究。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种微型电网系统拓扑优化方法，该方法按照如下步骤：

(1)选择微型电网系统拓扑生成的限定条件；

(2)对拓扑进行穷举；

(3)选择需要验证的电力电子装置拓扑；

(4)将整个系统抽象为节点和连线构成的图；

(5)通过邻接矩阵来对系统拓扑进行数学表达；

(6)通过特征值对系统的数学表达式进行同构判定；

(7)判断两系统拓扑是否同构；如果同构则进入步骤(7)；如果不同构，则进入步骤(8)；

(7)如果同构则说明拓扑出现冗余，予以剔除，进入步骤(9)；

(8)如果不同构，说明拓扑具有个异性，予以保留，进入步骤(9)；

(9)将得到优化后的图还原其电气特性，生成微型电网系统拓扑结构；

(10)优化方案结束。

所述步骤(1)中，对输入能源的类型、数量以及从源到负载之间进行能源变换的次数进行提前给定作为系统初始的限定条件。

所述步骤(2)中，在限定条件的基础之上对可能拓扑结构进行穷举，涵盖所有可能的结构。

众多电力电子变流电路大多都特异性，即它们仅仅是在某些特殊的场合具有优势，当众多电力电子装置相互组合构成级联的系统拓扑时，必须在一定的应用背景下或者一定的工程条件下，才有可能进行拓扑的选优，否则就毫无意义。我们的技术方案以图论方法为指导，通过电能变换的功能来划分各个电力电子装置，从而进行系统拓扑的穷举，研究的重点在于将列举出系统可能的拓扑结构通过科学，富有逻辑的技术方法进一步的优化，筛检，以便于进一步对有效地的微型电网拓扑进行分析研究。

由于分布式电源系统具有多种类型的输入能源形式，例如风能，太阳能，各种储能装置等，其所输出送给负载的电能类型也是多种多样。所以，我们需要不同的电力电子装置按照其电能变换的功能来进行组合。首先，按照功能划分，电力电子电路可归为四类：整流电路，逆变电路，直流斩波电路以及交交变频电路。在上述四种基本变流电路的基础上，根据需要的能源形式，进行不同的排列组合，然后穷举出所有可以实现目标功能的拓扑结构。

本发明的微型电网系统拓扑优化方法适用于微型电网拓扑优化方面的研究，通过将系统拓扑转化为数学表述方式，再通过对其数学表达式的邻接矩阵特征值来辨别是否同构拓扑，从而推导出系统结构是否冗余，通过判断剔除冗余拓扑，提高了系统拓扑生成的有效性，减少了后继系统控制研究中不必要的重复劳动，提高了微型电网系统结构的拓扑有效率。本方法可适用于多级多种输入输出源的微型电网系统结构的分析。在此以4级能量变换的微型电网拓扑实例进行了判定。可以证明该理论在微型电网拓扑应用中的正确性。

附图说明：

图1实际系统的数学抽象原理图；

图2微型电网系统拓扑优化方法示意图；

图3微型电网系统同构拓扑辨识举例。

其中：1为单相整流电路AC-DC；2为三相整流电路AC-DC；3为单相逆变电路DC-AC；4为三相逆变电路DC-AC；5为降压斩波电路DC-DC；6为升压斩波电路DC-DC；7为交流调压电路AC-AC；8为交流调功电路AC-AC；9为交流调功电路AC-AC。

具体实施方式：