[发明专利]对等控制模式下直流分布式系统的稳定性判定方法

说明书

技术领域

本发明属于直流分布式系统技术中的稳定性分析技术，具体涉及对等控制模式下直流分布式系统的稳定性判定方法。

背景技术

随着可再生新能源的大量接入，直流分布式系统作为一种高效利用的系统被广泛应用。直流分布式系统一般由多个电源、负载等功率模块组成，多个电源之间采用对等控制，即多个可控性、可调性好的储能单元采用下垂控制进行电压支撑并均流，随机波动性大的光伏发电单元采用电流控制作为电流控制型电源。通常单个功率模块在控制设计时能确保独立运行时稳定，但组成系统时将会互相影响，降低系统稳定性。另一方面，恒功率负载的负阻抗外特性会进一步加剧系统不稳定。如何分析直流分布式系统的稳定性是很重要、很有意义的问题。

针对直流分布式系统稳定性分析问题，以往大量研究是针对单源单负载、多源并联多负荷并联情形的稳定性，文献《Impedance-based local stability criterion for DC distributed power systems》、《Impedance-based stability criterion for grid-connected inverters》、《Impedance specifications for stable DC distributed power systems》给出了很多有益结论，但忽略了系统节点间的阻抗。文献《直流分布式系统节点阻抗特性与系统稳定性分析》考虑了系统节点间阻抗，利用系统节点导纳求取系统任意节点阻抗，但只适用于放射型结构，对环网结构系统无法有效判定系统稳定性。对于环网结构系统，状态空间法可有效分析。文献《Reduced-order model and stability analysis of low-voltage DC microgrid》通过建立环网直流分布式系统的完整状态空间模型，求取系统矩阵的特征根分析系统稳定性，但是需要系统各部分的详细模型，得到的系统矩阵也较复杂，每个矩阵元素对应的物理意义不清晰。文献《Modeling and analysis of harmonic stability in an AC power-electronics-based power system》将单元连接法应用于主从控制的交流微电网中分析系统稳定性，用具有明确物理意义、可通过阻抗分析仪测量得到的阻抗和导纳对各功率模块进行建模，但并未将系统节点导纳矩阵与其他部分阻抗分离开来，很难直观得到系统的一般化稳定性判据，不利于扩展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供对等控制模式下直流分布式系统的稳定性判定方法，用于解决直流分布式系统的稳定性分析问题。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种对等控制模式下直流分布式系统的稳定性判定方法，包括下述步骤：

(1)利用单元连接法对下垂控制型电源、电流控制型电源、电阻性负载和恒功率负载进行戴维南/诺顿等效，通过计算或者利用阻抗分析仪进行测量，获得各自的阻抗或导纳；构建下垂控制型电源组成的主电源阻抗矩阵Z_d，以及电流控制型电源、恒电流负载和恒功率负载组成的导纳矩阵Y_C；

(2)通过计算或者阻抗分析仪获得各节点的电阻性负载导纳，构建阻性负载导纳矩阵Y_L；根据节点间线缆参数，构建系统节点导纳矩阵Y_net；

(3)将下垂控制型电源组成的主电源阻抗矩阵Z_d，电流控制型电源、恒电流负载和恒功率负载组成的导纳矩阵Y_c，阻性负载导纳矩阵Y_L和系统节点导纳矩阵Y_net带入稳定性判据T，稳定性判据T如下式所示：

T＝det(Y_c+Z_d(Y_L+Y_net))＝0

其中，det是对矩阵求取行列式的函数；

计算稳定性判据T即得到系统的特征值；如果系统的特征值全部在左半平面，则系统稳定；如果有右半平面的特征值，则系统不稳定。

本发明中，所述下垂控制型电源组成的主电源阻抗矩阵Z_d是通过下述方式获得的：

通过计算或者利用阻抗分析仪进行测量，获得下垂控制型电源从第1个到第i个节点的输出阻抗Z_d1～Z_di；