一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法技术

本发明专利技术公开一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法，仿真方法根据现代有源配电网中分布式光伏的变量关系，运用变分迭代法建立数学模型；对于双级式光伏电站中的并网逆变器模块，基于状态空间相关原理，在建立状态空间表达式的基础上对系统进行数值稳定性分析，并与传统仿真算法进行对比；提出对于变分迭代法应用至光伏求解的改进方法，分析定步长更新解析式所产生的误差及其数值稳定性；仿真方法基于事件触发原理，根据锁值后的状态量的误差范数建立不等关系，推导出锁值的触发条件，仿真方法基于事件触发理论，以变分迭代法作为基础算法，为分布式光伏电站的高效仿真方法设计提供依据，实现精度与效率兼顾的目标，提高了有源配电网仿真的速度。配电网仿真的速度。配电网仿真的速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法


[0001]本专利技术涉及配电网中分布式电源的仿真算法领域，具体是一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法。

技术介绍

[0002]含高密度分布式电源的现代配电网是一个复杂的非线性刚性系统，这类模型的求解方法，即动态仿真算法一直是电力系统仿真领域的关注重点。动态仿真中数值计算的精度和效率，对于发电特性具有高随机性及不确定性的现代有源配电网规划、运行、控制等具有重要意义。当前，微分方程组(ODEs)的求解方法是常规数值积分算法如梯形法等，这类算法难以同时满足仿真的快速与稳定需求。相比传统配电网，有源配电网含有的部件动态特性差异较大；时间尺度差异明显，存在刚性问题；对应的数学模型的阶数更高、维数更高、非线性特性更强。基于以上，使得大规模配电网的动态仿真面临了更加严峻的挑战，所以在保证精度和稳定性的前提下，有必要提出更加高效快速的仿真算法。
[0003]近些年，变分迭代法(Variational Iteration Method,VIM)因其突出的优势而在各种近似解析法中脱颖而出，目前已经大量应用于各种包括ODEs等非线性问题的求解中。在该方法应用至配电网分布式电源仿真中时，较传统隐式梯形算法提升了效率，应用时本质是获得系统的变参数计算公式，并在每个步长更新一次状态量表达式，在稳态运行时会造成计算资源浪费，仍具有优化空间,因此，现在提出一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法，基于微分方程的变分迭代近似解析法，并将其应用至含高密度分布式光伏的有源配电网中，并对其进行数值稳定性分析，通过根据事件触发的相关理论，对变分模型中的部分状态变量进行锁值，采用定步长更新或者当误差向量范数满足一定条件更新，以提高光伏电站的仿真求解速率，进而提高有源配电网仿真运行效率。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法，所述仿真方法包括如下步骤：
[0007]步骤一、根据变分迭代法计算的相关步骤，对双级式光伏电站建立变分形式的数学模型，然后进入步骤二。
[0008]步骤二、计算模型所对应的状态空间表达式，并根据状态空间的稳定性判别理论，对系统进行数值稳定性分析，和梯形法、改进欧拉法对比允许的最大仿真步长，然后进入步骤三。
[0009]步骤三、定步长更新部分高次解析式，对该方法进行数值稳定性分析及误差传递，扩展变分法的最大等效步长，然后进入步骤四。
[0010]步骤四、基于事件触发相关理论，将误差向量的范数作为触发判别条件，获得误差
阈值，改进原变分迭代方法，进一步提升仿真系统的运行效率。
[0011]进一步的，所述步骤一在双级式光伏电站建模中，根据变分迭代法计算的相关步骤，建立包含光伏阵列、升压斩波电路、并网逆变器的双级式光伏的数学模型，具体操作包括以下步骤：
[0012]S11:引入变分迭代法来求解双级式光伏电站中微分方程的一般形式，该格式如下：
[0013]Ly(t)+Ny(t)＝f(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0014]其中，y(t)为待求函数，L、N分别为线性算子、非线性算子。根据VIM原理，该方程对应的校正泛函为：
[0015][0016]其中，n为迭代的次数，λ(τ)为拉格朗日算子，是一个待定函数，表示y
n
(τ)的限制变分，对其进行变分运算结果为0。
[0017]S12：分别对双级式光伏电站中的光伏阵列、升压斩波器、并网逆变器进行数学建模，各部分对应的代数
‑
微分方程(D一Es)模型如下所示：
[0018]光伏阵列：
[0019][0020][0021]其中，u
PV
、i
PV
分别为光伏电压、电流，i
二oost,L
为升压斩波输入电流，C
PV
为光伏等效电容；
[0022]升压斩波器：
[0023][0024][0025][0026]其中，u
二oost
为输出电压，i
二oost
为输出电流，D为斩波占空比，L
二oost
、C
二oost
分别为斩波器中的电感、电容，u
M
为光伏最大功率点对应电压，k
p1
、k
i1
为二oost电路的控制器参数。
[0027]并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034]u
Boost
i
Boost
＝u
id
i
d
+u
iq
i
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(14)
[0035]其中，u
mdq
、u
idq
、u
sdq
、i
dq
分别为调制波电压、逆变器输出电压、并网点电压、电流的dq分量，k0为调制比。k
p2
、k
i2
为逆变电路的控制器参数。当采用SPWM调制方式时，k0取如果u
二oost
为800V，U
一C
为380V，则此时m＝2.227。
[0036]S13：运用变分迭代法求式(3)
‑
(13)中的所有微分方程，以式(8)为例计算其变分迭代格式，根据式(2)其校正泛函为：
[0037][0038]考虑到代数
‑
微分方程交替求解中，计算微分方程时u
sd
、u
id
、L
f
均为已知量，故合并为参数一，对式(15)进行变分运算：
[0039][0040]根据变分原理，随着迭代进行，式(16)的左边逐渐趋近于0，则对于右边，有限制条件：
[0041][0042]λ＝
‑
1，代入式(15)可得id的迭代格式，代入初始函数，通过迭代即可获得其近似解析解。同理可得式(4)
‑
(11)对应的变分迭代格式。
[0043]进一步的，所述步骤二中基于状态空间理论，计算并网逆变器所对应的状态空间表达式，并分析其数值稳定性，具体步骤包括：
[0044]S21:列出并网逆变器应用变分迭代后所对应的数学模型，逆变器采用PQ单环控制，变分迭代方法采用二阶表达式,该模型如下：
[0045][0046]其中，下标含有0表示该变量为更新后的初值。
[0047]S22：在单个仿真步长上采用交替求解进行仿真计算，由于控制系统中的u
md1
、u
md2
积分方程中没有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括如下步骤：步骤一、根据变分迭代法计算的相关步骤，对双级式光伏电站建立变分形式的数学模型，然后进入步骤二；步骤二、计算模型所对应的状态空间表达式，并根据状态空间的稳定性判别理论，对系统进行数值稳定性分析，和梯形法、改进欧拉法对比允许的最大仿真步长，然后进入步骤三；步骤三、定步长更新部分高次解析式，对该方法进行数值稳定性分析及误差传递，扩展变分法的最大等效步长，然后进入步骤四；步骤四、基于事件触发相关理论，将误差向量的范数作为触发判别条件，获得误差阈值，改进原变分迭代方法，进一步提升仿真系统的运行效率。2.根据权利要求1所述的一种基于事件触发的改进变分迭代仿真方法，其特征在于，所述步骤一在双级式光伏电站建模中，根据变分迭代法计算的相关步骤，建立包含光伏阵列、升压斩波电路、并网逆变器的双级式光伏的数学模型，具体操作包括以下步骤：S11:引入变分迭代法来求解双级式光伏电站中微分方程的一般形式，该格式如下：Ly(t)+Ny(t)＝f(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)其中，y(t)为待求函数，L、N分别为线性算子、非线性算子。根据VIM原理，该方程对应的校正泛函为：其中，n为迭代的次数，λ(τ)为拉格朗日算子，是一个待定函数，表示y
n
(τ)的限制变分，对其进行变分运算结果为0；S12：分别对双级式光伏电站中的光伏阵列、升压斩波器、并网逆变器进行数学建模，各部分对应的代数
‑
微分方程(D一Es)模型如下所示：光伏阵列：光伏阵列：其中，u
PV
、i
PV
分别为光伏电压、电流，i
二oost,L
为升压斩波输入电流，C
PV
为光伏等效电容；升压斩波器：升压斩波器：升压斩波器：其中，u
二oost
为输出电压，i
二oost
为输出电流，D为斩波占空比，L
二oost
、C
二oost
分别为斩波器中的电感、电容，u
M
为光伏最大功率点对应电压，k
p1
、k
i1
为二oost电路的控制器参数；
并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：并网逆变器(单环PQ控制，进行派克变换时，取d轴与一相相位一致)：u
Boost
i
Boost
＝u
id
i
d
+u
iq
i
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(14)其中，u
mdq
、u
idq
、u
sdq
、i
dq
分别为调制波电压、逆变器输出电压、并网点电压、电流的dq分量，k0为调制比。k
p2
、k
i2
为逆变电路的控制器参数。当采用SPWM调制方式时，k0取如果u
二oost
为800V，U
一C
为380...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋啸宇，楼冠男，杨志淳，杨帆，沈煜，刘科研，胡伟，胡成奕，雷杨，宿磊，叶学顺，李昭，闵怀东，白牧可，康田园，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：