[发明专利]一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法

说明书

本发明涉及一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，包括：步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵，依据主站定电压控制策略，建立主站的状态空间模型，并形成其状态矩阵与输入矩阵；步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵，根据从站定功率控制策略，建立单个从站的状态空间模型，并整合形成N‑1个从站的整体状态矩阵与输入矩阵；步骤三：构建直流网络矩阵，建立N端直流网络的模型，并整合形成直流网络矩阵；步骤四：构建系统整体状态空间矩阵，将主站状态矩阵与输入矩阵、从站的整体状态矩阵与输入矩阵、直流网络矩阵进行模块化拼接，得到N端直流系统的完整状态空间矩阵；步骤五：将完整状态空间矩阵进行特征值分析。

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法。

背景技术

随着电动汽车充电桩、LED等直流用电设备的广泛应用，以及光伏、风电等分布式能源直流接入的不断推广，围绕低压多端直流、交直流混联系统的研究和应用日益广泛，直流系统成为配电网的重要组成部分。但由于现阶段电网系统仍以交流负荷为主，因此在未来一段时期内，交直流混合配电系统将是电网的重要形式之一。

图1描述了一种低压多端交直流配用电系统等效电路，其中交流系统1、交流系统2……交流系统n……交流系统N等通过直流系统互联，VSC1、VSC2……VSCn……VSCN的交流侧分别接入交流系统1、交流系统2……交流系统n……交流系统N，各自的直流侧经一定线路流入直流母线。直流系统可接入风电光伏等可再生能源，储能系统以及电动汽车等直流负载，当以上设备电压等级与直流母线电压等级不匹配时可合理配置DC/DC变换器进行转换。其中主站换流器采用定直流电压控制模式，为直流系统提供恒定的直流电压；从站换流器采用定功率控制模式，传输给定功率。

由于直流网络高度电力电子化，其具有弱阻尼、低惯性等缺点，系统稳定性问题较为突出，目前已成为学术界广泛关注的热点。而现有的相关研究主要集中在单母线系统或双端系统上，而针对低压多端直流系统结构的广义稳定性分析方法则较少提及，如何处理高阶低压多端直流系统的复杂性成为了一大空白。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种能够高效降低系统建模复杂度和计算耗时，且灵活扩展的模块化建模方法，建模方法基于主从控制模式展开，该模式中主站换流器采用定直流电压控制模式，为直流系统提供恒定的直流电压；从站换流器采用定功率控制模式，传输给定功率，提高系统稳定性分析的效率。

本发明的技术方案为：一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，包括如下步骤：

步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵。依据主站定电压控制策略，建立主站的状态空间模型，并形成其状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；

步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵。根据从站定功率控制策略，建立单个从站的状态空间模型，并整合形成N-1个从站的整体状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；

步骤三：构建直流网络矩阵。根据基尔霍夫电流定理、基尔霍夫电压定理，建立N端直流网络的模型，并整合形成直流网络矩阵，并作为步骤四的输入；

步骤四：构建系统整体状态空间矩阵。将步骤一的主站状态矩阵与输入矩阵、步骤二的从站的整体状态矩阵与输入矩阵、步骤三的直流网络矩阵进行模块化拼接，得到N端直流系统的完整状态空间矩阵，并作为步骤五的输入；

步骤五：将步骤四的完整状态空间矩阵进行特征值分析，研究系统运行机理。

进一步的，上述各步骤具体如下：

步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵。

依据电压源型换流站的定电压控制器的电压环、电流环结构，得到主站VSC1的状态空间模型，满足：