一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统
本专利技术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。
技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术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。本专利技术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Zs等效为电阻Rs及电感Ls的组合，将负载前端滤波器等效为电阻RLi、电感Li及电容Ci的组合，将恒功率负载CPL等效为负电阻-Ri，所述分布式直流电网母线电压的传递函数为：其中Udc为母线电压，Us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：建立系统的复数域模型，用系统闭环传递函数G1c(s)定义系统的输入输出关系；设定所述系统闭环传递函数G1c(s)满足前提条件：A、所有的零点均位于s平面的左半平面，B、在s平面的虚轴上没有极点，C、传递函数的分母与分子同阶；根据Nyquist围线映射定理确定系统稳定条件D、其中表示G1c(s)的相角，M表示G1c(s)曲线的终点，M大于0表示终点位于正实轴，M小于0表示终点M位于负实轴。在上述任一方案中优选的是，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包括步骤：根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件A、所有的闭环零点均位于s平面的左半平面，确定分布式直流电网的稳定条件1；根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件B、在s平面的虚轴上没有闭环极点，确定分布式直流电网的稳定条件2；根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件C、闭环传递函数的分母与分子同阶，确定分布式直流电网的稳定条件3；根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件D、确定分布式直流电网的稳定条件4；综合所述稳定条件1、稳定条件2、稳定条件3和稳定条件4，确定分布式直流电网的综合稳定条件，在分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)满足综合稳定条件时，系统一定稳定；根据所述分布式直流电网的综合稳定条件对所述分布式直流电网的稳定性进行分析。在上述任一方案中优选的是，根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件A、所有的零点均位于s平面的左半平面，确定分布式直流电网的稳定条件1为：在上述任一方案中优选的是，根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件B、在s平面的虚轴上没有极点，确定分布式直流电网的稳定条件2为：且Rs<|R∑|。在上述任一方案中优选的是，根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s)需满足条件C、传递函数的分母与分子同阶，确定分布式直流电网的稳定条件3为无限制。在上述任一方案中优选的是，根据分布式直流电网母线电压的传递函数Gc(s))需满足条件D、确定分布式直流电网的稳定条件4为无限制。在上述任一方案中优选的是，综合所述稳定条件1、稳定条件2、稳定条件3和稳定条件4，确定分布式直流电网的综合稳定条件为本专利技术的第二方面提供一种适用于分布式直流电网稳定性分析的系统，其用于运行所述的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，对分布式直流电网的稳定性进行分析。采用本专利技术的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法及系统，通过建立系统的传递函数模型，根据闭环传递函数的性质，提出一种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，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。本专利技术提出的稳定性分析方法同样适用于其他具有分布式结构的直流系统。附图说明图1为按照本专利技术的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法的流程示意图。图2为按照本专利技术的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法的分布式直流电网等效电路图。图3为按照本专利技术的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法的系统稳定与失稳时的G1c(s)曲线示意图。图4为按照本专利技术的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法ω＝0时的简化电路图及诺顿等效电路图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术作详细说明。实施例1如图1所示，一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，包括步骤：S1、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；S2、基于Nyquist定理，提出系统稳定性判定方法；S3、根据所述系统稳定性判定方法，对所述分布式直流电网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，包括步骤：/n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；/n基于Nyquist定理，提出系统稳定性判定方法；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一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。


2.如权利要求1所述的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，其特征在于：所述分布式直流电网的数学模型为：将电源侧阻抗Zs等效为电阻Rs及电感Ls的组合，将负载前端滤波器等效为电阻RLi、电感Li及电容Ci的组合，将恒功率负载CPL等效为负电阻-Ri，所述分布式直流电网母线电压的传递函数为：



其中Udc为母线电压，Us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。


3.如权利要求2所述的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，其特征在于：基于Nyquist定理，提出系统稳定性判定方法包括步骤：
建立系统的复数域模型，用系统闭环传递函数G1c(s)定义系统的输入输出关系；
设定所述系统闭环传递函数G1c(s)满足前提条件：A、所有的零点均位于s平面的左半平面，B、在s平面的虚轴上没有极点，C、传递函数的分母与分子同阶；
根据Nyquist围线映射定理进而确定系统稳定条件D、其中表示G1c(s)的相角，M表示G1c(s)曲线的终点，M大于0表示终点位于正实轴，M小于0表示终点M位于负实轴。


4.如权利要求3所述的适用于分布式直流电网稳定性分析的方法，其特征在于：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，确定其稳定条件包括步骤：
根据分布式直流电网的传递函数Gc(s)需满足条件A、所有的零点均位于s平面的左半平面，确定分布式直流电网的稳定条件1；
根据分布式直流电网的传递函数Gc(s)需...

【专利技术属性】
技术研发人员：林程，孙建侠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11