[发明专利]一种独立电力系统稳定性解耦分析方法

说明书

一种独立电力系统稳定性解耦分析方法，预先离线估计子系统的局部输入‑状态稳定/局部输入‑输出稳定(LISS/LIOS)属性，其中LISS/LIOS属性包括局部稳定域以及渐近增益，且渐近增益采用分段线性形式；计算获取子系统互联后的小增益条件，验证子系统互联后独立电力系统的稳定性。该方法通过使用分段线性形式的渐近增益函数，减少子系统的LISS分析的保守性，而且通过提出的解耦稳定性准则可以实现快速灵活的稳定性分析。

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种独立电力系统稳定性解耦分析方法。

背景技术

在通常情况下，舰载、飞机、空间站中的电力系统处于孤立运行状态，称为独立电力系统(IPS)。IPS的稳定性是保证船舶、飞机和空间站正常运行和执行任务的重要条件，由于独立电力系统的容量有限并且缺乏大电网的支持，IPS的稳定性问题突出。IPS中存在大量的动态负载，如船载电力系统上的推进负载(单个容量可与发电机容量相比拟)，因此IPS中的短期电压稳定性问题尤为突出。此外，网络重构和紧急控制是保证IPS生存性和可靠性的重要措施，使得IPS具有多变的系统拓扑和频繁的开断操作。因此，迫切需要快速灵活的稳定性分析方法以适应IPS的特点。

现有的稳定性分析方法可分为时域仿真法和解析法。在采用时域仿真法时，由于IPS在运行过程中拓扑和运行方式灵活多变，因此计算量巨大。此外，采用时域仿真法只能得到稳定或不稳定的定性结果，而不能获得稳定裕度的信息。

从广义上讲，解析研究动态系统稳定性有两种主要方法：状态空间法和算子法。状态空间方法通常与Lyapunov理论相关联，采用几何和拓扑工具研究非线性系统的动态响应。基于Lyapunov理论的电力系统暂态稳定分析方法，可以通过校验故障后系统的初始状态是否在稳定域内部进行稳定性评估。然而，Lyapunov方法在IPS的实际应用中面临以下困难：缺乏构建能量/Lyapunov函数的通用算法。IPS的拓扑灵活多变，当IPS的拓扑或运行状态改变时，需要重新建立整个系统的数学模型，重新构造相应的能量/Lyapunov函数，并计算相应的临界能量，难以满足IPS对稳定性分析快速灵活的要求。算子法研究系统输入到输出的映射关系，使用Hibert或Banach空间技术，并将线性系统的许多属性扩展到非线性系统。然而，算子法不涉及诸如系统状态初值等信息，无法分析系统状态变量的动态响应。

将算子法和状态空间法的结合在一起的输入-状态稳定性(ISS)理论是非线性系统稳定性分析和控制的重要理论，ISS理论的一个主要优点是通过子系统的ISS属性研究互联系统的稳定性。子系统ISS分析的关键在于渐近增益的估计。然而，对于一般非线性系统难以精确估计其渐近增益函数。因此，线性形式的渐近增益函数被广泛使用，为实际应用带来一定的保守性。

发明内容

本发明的目的是提供一种独立电力系统(Isolated Power System，IPS)稳定性解耦分析方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种独立电力系统稳定性解耦分析方法，包括以下步骤：

S1，预先离线估计子系统的局部输入-状态稳定/局部输入-输出稳定属性，其中，子系统的局部输入-状态稳定/局部输入-输出稳定属性包括局部稳定域以及渐近增益，且渐近增益采用分段线性形式；

S2，计算获取子系统互联后的小增益条件，验证子系统互联后独立电力系统的稳定性。

本发明进一步的改进在于，进行步骤S1之前，考虑如下仿射非线性系统：

其中x∈Rⁿ，u∈R^m，f：Rⁿ→Rⁿ，g：Rⁿ→R^n×m，假设f，g在x中是连续的局部Lipschitz，并且假设未受干扰的系统的平衡点在原点，即f(0)＝0；