[发明专利]一种微电网动态功率平衡方法及系统

权利要求书

1.一种微电网动态功率平衡方法，其特征在于，所述方法包括：

建立分布式电源动态模型、负荷动态模型以及输电线路模型；

根据所述分布式电源动态模型、负荷动态模型以及输电线路模型构建基于导纳矩阵网络图论法的微电网系统动态模型；具体的，根据基尔霍夫定律和欧姆定律可得：

I_k＝I_bk+I_sk (6)

U_k＝U_bk+U_sk (7)

U_k＝Z_kI_k (8)

I_k＝Y_kU_k (9)

将式(6)至式(9)联立，可求出该支路的时域电压电流关系，

U_bk＝Z_kI_bk+Z_kI_sk-U_sk (10)

I_bk＝Y_kU_bk+Y_kU_sk-I_sk (11)

式中，I_k为流经支路电阻的电流，I_bk为流经第k条支路的支路电流，I_sk为流经等效电流源的电流，U_k为支路电阻的电压，U_bk为支路电压，U_sk为等效电压源的电压，Z_k为支路电阻，Y_k为支路导纳；

将式(10)和式(11)表示的微电网中各支路的时域电压电流关系通过拉普拉斯变换求出在频域下的电压电流关系，

U_bk(S)＝Z_k(S)I_bk(S)+Z_k(S)I_sk(S)-U_sk(S) (12)

I_bk(S)＝Y_k(S)U_bk(S)+Y_k(S)U_sk(S)-I_sk(S) (13)

式中，U_bk(S)为第k条支路的支路电压，I_bk(S)为第k条支路的支路电流，U_sk(S)为第k条支路串联的等效电压源，I_sk(S)为第k条支路并联的等效电流源，Z_k(S)为第k条支路的电阻，Y_k(S)为第k条支路的导纳；

则对于整个微电网系统中，各支路电压电流关系的数学模型可表示为：

U_b(S)＝Z_b(S)I_b(S)+Z_b(S)I_S(S)-U_S(S)(14)，其中，U_b(S)表示支路电压列向量，U_S(S)表示电压源电压列向量，Z_b(S)表示支路阻抗矩阵；

I_b(S)＝Y_b(S)U_b(S)+Y_b(S)U_S(S)-I_S(S)(15)，其中，I_b(S)表示支路电流列向量，I_S(S)表示电流源电流列向量，Y_b(S)表示支路导纳矩阵；

微电网模型的建立：

任何一个正常运行的微电网都可看成由点和线段构成的网络图，其中把负荷、分布式电源和线路当作线段，把它们之间的连接点看作节点，并把每条线段看成一条一般支路进行分析；

根据一般支路的基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律可知：

A·I_b＝0 (16)

B_f·U_b＝0 (17)

其中A、B_f分别为系统结构的关联矩阵和基本回路矩阵，将式(15)、式(16)联立可求得:

A·Y_b(S)·U_b(S)＝A·I_s(S)-A·Y_b(S)·U_s(S) (18)

再把求得的支路电压方程式(19)回代入式(15)中可求得每条支路的复频域电流I_b(S)；

每条支路输出的有功功率P和无功功率Q都与支路节点的电压U和电流I有关，可表示为：

P＝UIcosθ＝UIcos(ωt) (20)

Q＝UIsinθ＝UIsin(ωt) (21)

在复频域下，微电网系统负荷支路的动态功率有：

其中，P(S)表示动态有功功率，Q(S)表示动态无功功率，S表示拉普拉斯算子，U(S)_支表示支路电压，I(S)表示支路电流，ω表示角频率；

由式(22)和式(23)联立可求得拉普拉斯算子S的值为：

式(24)可知拉普拉斯算子S与系统的频率f有关，因此当系统频率f变化时，拉普拉斯算子S也会变化，使系统的有功和无功功率相继发生变化；

根据所述微电网动态模型确定频率变化时各个负荷节点的电压、注入有功功率和无功功率与正常运行下各个负荷节点电压、注入有功功率和无功功率的比值；

根据所述比值确定需切除的多余负荷值，达到功率平衡。