[发明专利]一种含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法

说明书

一种含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法，所述方法首先依据电压等级将直流配电系统划分为高压直流子系统、低压直流子系统和低压交流子系统，并依据系统稳定运行时各子系统中分布式发电单元及其换流器、负载及其换流器的各端口特性将其等效为广义电压源或广义电流源，其次依据闭环传递函数矩阵将各子系统间的互联换流器分别等效为所连接子系统中的广义电压源或广义电流源，然后根据系统等效模型推导出各母线电压小信号分量表达式，最后依据整个直流配电系统的等效开环阻抗增益判断系统是否达到稳定性要求。本发明利用奈奎斯特判据来分析直流配电系统的稳定性，具有很好的灵活性和适用性，可满足大多数复杂直流配电系统稳定性的判定要求。

技术领域

本发明涉及一种基于阻抗判据的含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法，属于输配电技术领域。

背景技术

随着光伏、电动汽车和LED照明等直流设备的大规模接入，以及用户对电能质量要求的不断提高，传统交流配电系统正面临着电源类型多样化、负荷需求多元化、变换环节多级化等一系列复杂问题，供电质量、供电可靠性以及供配电效率所受影响日益严重。基于柔性直流技术的直流配电系统可以更为灵活地接纳分布式电源与直流负荷，减少电能变换环节、提升供配电效率。并且该技术可以实现换流站有功、无功功率的独立解耦控制，以及交直流系统互联功率的灵活转供，能够有效提高供电质量，保障供电可靠性，更加适合现代配电系统的发展。

但直流系统中，恒功率负载以及采用定功率控制的变换器表现出负阻抗，致使系统呈现出低惯性、弱阻尼的特征，系统抗扰动能力较差。此外，直流配电系统中线路阻抗、不同类型换流器控制策略以及交直流系统间的耦合作用也会导致系统稳定性降低，如由弱阻尼引起的高频谐振问题，也包括由下垂控制参数选择不当而引发的低频振荡问题。

现有的特征值分析法极度依赖于所建立的系统全局模型，随着系统复杂度的增加，庞大的建模过程和运算量都给研究带来了很大困难。此外，频域分析、模式分析、时域仿真仍然是目前直流配电系统小扰动稳定性分析的主要方法。同时，模式分析并不能直接反应系统的交互作用情况，不利于揭示系统稳定机理。建立在精确建模基础上的时域仿真可以准确反应系统变化情况，但是耗时较长且无法提供量化分析结果。

综上所述，现有的稳定性判定方法均存在较大的缺陷，其灵活性不高，适用范围较窄，不能为系统中换流器的控制器设计提供可靠的理论依据，因此有必要研究新的分析方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种灵活性高，适用范围广的含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法，为系统中换流器的控制器设计提供一定的理论依据。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法，所述方法首先依据电压等级将直流配电系统划分为高压直流子系统、低压直流子系统和低压交流子系统，并依据系统稳定运行时各子系统中分布式发电单元及其换流器、负载及其换流器的各端口特性将其等效为广义电压源或广义电流源，其次依据闭环传递函数矩阵将各子系统间的互联换流器分别等效为所连接子系统中的广义电压源或广义电流源，然后根据系统的等效模型推导出各母线电压小信号分量表达式，最后依据整个直流配电系统的等效开环阻抗增益判断系统是否达到稳定性要求。

上述含交直流微网的直流配电系统稳定性判定方法，所述方法按以下步骤进行处理：

a.将直流配电系统按不同电压等级划分为高压直流子系统、低压直流子系统以及低压交流子系统，并根据各子系统中分布式发电单元及其换流器、直流/交流负载及其换流器的输入/输出端口特性将其等效为广义电压源(generalized voltage source,GVS)或广义电流源(generalized current source,GCS)，其中，广义电压源为控制或直接影响母线侧端口电压的子系统，广义电流源为控制或影响母线侧电流的子系统；