[发明专利]一种用于孤岛模式下微电网稳定性分析的建模方法

说明书

本发明提供了一种用于孤岛模式下微电网稳定性分析的建模方法，该方法首先获得分布式电源的建模及线性化，其次选取下垂电源接入的节点电压参数为状态变量、各分布式电源的输出功率为输入变量，将所有分布式电源的状态方程联立得到孤岛微电网系统的状态方程组；然后计算采用下垂控制的分布式电源电压、电流矢量，根据各分布式电源的电压、电流矢量计算分布式电源输出功率；最后选取不同的参数，计算系统的特征值，根据特征值判定该系统稳定性。该方法可涵盖不同微电网拓扑结构和负荷形式下系统建模，且具有通用特性，能够为任意孤岛模式下微电网稳定性计算机参数设计提供较好的参考。

技术领域

本发明属于电力系统稳定性分析领域。本发明涉及一种用于孤岛模式下微电网稳定性分析的建模方法。

背景技术

微电网是由多种分布式电源和负荷组成的小型发电系统，当电网正常运行时，微电网工作在并网状态下，当电网出现故障时，微电网可在孤岛模式下独立运行。在实际应用中，分布式电源多采用电力电子装置接入微网，电力电子装置具有控制灵活、响应速度快的优势，同时该系统也呈现惯性较小的特性，在并网状态下，由于电网的惯性较大，使得电网中的小扰动无法对其稳定性造成影响。但在孤岛状态下时，由于微电网中的分布式电源均呈现小惯性特性，负荷波动、参数变化等小干扰事件均可能导致分布式电源产生振荡失稳现象。因此，如何建立孤岛模式下的微电网系统稳定性分析模型成为亟待研究和突破的重要问题。

目前，国内外已有许多学者在孤岛模式下微电网系统的稳定性分析建模方面展开了研究。主要可分为以下两类研究内容：

(1)单台分布式电源孤岛模式下的建模：该类研究又可分为简化建模和详细建模两种。其中，简化建模方式仅根据分布式电源的下垂控制特性及控制延时特性进行建模，而详细建模方式则包含分布式电源的所有控制及电气环节，在获得稳定性分析模型后，均采用小信号模型分析方法对模型进行线性化，最终通过特征根分析结果判定系统的稳定性。

(2)多台分布式电源孤岛模式下的建模：该类研究多针对某一具体微电网结构进行建模，也可分为简化建模和详细建模两种。两者在实现步骤上具有一致性，首先针对单台分布式电源进行建模，并根据电路拓扑计算分布式电源的输出电压、电流的模型，将该模型与分布式电源模型重组建立孤岛微电网模型，最后采用小信号模型分析法对模型进行线性化，同时根据特征根分析结果判定系统的稳定性。

目前的建模方法大多只包含了微电网中采用下垂控制的分布式电源，并未考虑到采用其他控制方法的分布式电源，且所研究的负荷多采用集中式负荷形式，而实际的微网中，不可避免的存在采用其他控制方式的分布式电源，负荷的形式也不单为集中式负荷，导致在实际进行稳定性分析时无法完成对孤岛模式微电网的精准描述。同时，由于许多建模方法只围绕特性形式的微电网结构进行建模，无法提供通用的建模方法，使得孤岛模式下微电网的稳定性分析建模存在较大困难。鉴于此，本发明提出了一种用于孤岛模式下微电网稳定性分析的建模方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种可用于微电网孤岛模式下稳定性分析的通用建模方式。该方法具有通用性原则，可对微电网中不同控制方式的分布式电源进行建模，同时也可对不同负荷构成形式的微电网进行建模。基于该方法可实现对孤岛模式微电网的准确描述，并通过小信号稳定性分析方式为孤岛模式微电网的参数设计提供参考。

小信号稳定即小干扰稳定，是指系统遭受到小扰动后保持稳定运行的能力，小扰动是指扰动造成的影响足够小，可实现对系统模型的线性化且不影响分析精度。对于电力系统这样的非线性系统而言，系统内的负荷的随机增减、参数缓慢变化等都属于小扰动的范畴，一个稳定的电力系统，首先必须满足小信号稳定，否则，即使在稳态工况下，系统也无法正常运行。微电网内含有大量电力电子装置，系统的模型呈现非线性特性，而其内部的负荷增减、参数变化等于传统电力系统相类似，也可将其划分为小扰动范围，因此，可采用小信号稳定性分析方法对微电网的稳定性进行分析。

本发明具体采用如下技术方案：