[发明专利]一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统

说明书

本发明提供一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统，所述方法包括：建立分布式直流电网的数学模型及分布式直流电网母线电压的传递函数；基于Nyquist定理，提出系统稳定性判定方法；根据所述系统稳定性判定方法，对所述分布式直流电网母线电压的传递函数进行分析，确定其稳定条件。本发明通过建立系统的传递函数模型，根据闭环传递函数的性质，得到了判定系统稳定性的方法，并将方法应用于分布式直流电网稳定性分析中，得到了系统在多CPL并联时的稳定条件，且结论适用于n阶系统，解决了分布式直流电网的稳定性问题，为实际的分布式直流电网设计提供了依据。

技术领域

本发明涉及稳定性分析领域，具体涉及一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统。

背景技术

直流电网具有高可用性、高密度和高效率等优点，与传统的交流电力系统相比，更适合于储能系统或能源的集成，此外，由于消除了频率或相位调节，解决了对无功功率流和电能质量的问题，因此，直流电力系统相对于交流电力系统运行更加简单。尽管有上述优点，直流电力系统同样具有稳定性问题。通常，直流电力系统具有分布式结构，集成了直流负载、电源及储能设备等，其中，作为接口的电力电子变换器被广泛用于以实现电压转换，在这些变换器中，采用双闭环控制的转换器及其相关负载表现为恒功率负载(CPL)。由于CPL的负阻抗特性，对直流电力系统的稳定运行提出了挑战，降低了系统的稳定裕度，甚至破坏系统的稳定运行。在实际应用中，不稳定会导致母线电压崩溃或振荡。从运行的角度来看，直流母线电压的质量是直流电力系统的主要显著特征，直流母线电压的性能直接影响到直流电力系统的可靠运行，因此，保证电压稳定是运行的首要目标。

目前，在判定系统稳定性时，可以依据劳斯(Routh)判据、奈奎斯特(Nyquist)判据或根轨迹法。Routh判据通常用于参数已确定的系统稳定性分析，无法分析参数变化对稳定性的影响，提供的是绝对稳定性的信息。Nyquist判据通常用于分析参数变化时系统的稳定性，能够为系统参数设计提供依据，提供的是相对稳定信息。根轨迹法通常用于分析参数变化对系统稳定性的影响，只能分析趋势不能提供边界条件。然而，这些方法通常用于单电源单负载的级联系统稳定性分析，对于分布式的直流电网，母线上并联了多个负载，难以应用这些方法进行稳定性分析。因此，本发明提出一种基于传递函数模型的稳定性分析方法，用于对分布式直流电网的稳定性进行分析。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统，其通过建立系统的传递函数模型，根据闭环传递函数的性质，提出系统稳定性判定方法，并将系统稳定性判定方法应用于分布式直流电网中，得到了系统在多CPL并联时的稳定条件。

本发明的第一方面提供一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，包括步骤：

建立分布式直流电网的数学模型及分布式直流电网母线的传递函数；

基于Nquist定理，提出系统稳定性判定方法；

根据所述系统稳定性判定方法，对所述分布式直流电网母线电压的传递函数进行分析，确定其稳定条件。

优选的是，所述分布式直流电网的数学模型为：将电源侧阻抗Z_s等效为电阻R_s及电感L_s的组合，将负载前端滤波器等效为电阻R_Li、电感L_i及电容C_i的组合，将恒功率负载CPL等效为负电阻-R_i，所述分布式直流电网母线电压的传递函数为：

其中U_dc为母线电压，U_s为电源电压，Y_∑为母线上并联的总负载导纳，n为母线上并联的CPL的个数，i＝1，2，…，n。

在上述任一方案中优选的是，基于Nquist定理，提出系统稳定性判定方法包括步骤：