一种用于直流微电网集群的分布式大信号稳定性分析方法

本发明属于直流微电网集群，具体涉及一种用于直流微电网集群的分布式大信号稳定性分析方法。

背景技术：

1、随着国家“双碳”战略的提出以及现代电力电子技术的发展，可再生能源发电问题再次引起社会的聚焦，直流微电网(dcmg)作为整合可再生能源的一种高效解决方案应运而生。与交流微电网相比具有多种优势，如结构简单、效率高、成本低。然而，在许多情况下，一个直流微电网可能不足以满足整个社区或设施的能源需求。在这种情况下，多个直流微电网可以相互连接，形成一个更大、更有弹性的电力系统，被称为直流微电网集群(dcmgc)。因此，直流微电网集群可以提供更多的弹性和可靠性，改善电能质量，以及更好的经济效益，使其成为许多应用的第一选择，包括偏远社区、军事基地和工业综合体等。

2、同时，直流微电网也面临着许多问题与挑战，稳定性问题是直流微电网能否平稳运行的核心问题。首先，随着分布式能源和功率转换器的大量采用，以及恒定功率负载(cpl)的接入，每一个直流微电网都具有低惯性和高母线阻抗的弱电网性质，使得整个直流微电网集群容易受到干扰。其次，直流微电网集群非常突出的特点是系统不断经历各种大的瞬态事件，如分布式电源的间歇、负荷阶跃、通信故障、拓扑变化、短路故障等。最后，直流微电网集群的动态系统建模涉及众多的状态变量和非线性，在这种情况下，当更多的直流微电网相互连接，系统将出现维度灾难，传统的集中建模和大信号稳定性分析方法将变得难以适用。

3、基于此，发明人期望提供一种用于直流微电网集群的分布式大信号稳定性分析方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种用于直流微电网集群的分布式大信号稳定性分析方法，首先基于单个微电网对直流微电网集群进行分布式建模，借助lyapunov函数推导出适用于分布式模型的大信号稳定性判据，在分布式大信号稳定性判据下进行系统的大信号稳定性评估，分析电路参数对单网和集群的稳定性影响，为系统设计提供了理论依据，确保了直流微电网集群系统的大信号稳定性。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种用于直流微电网集群的分布式大信号稳定性分析方法，包括如下步骤：

4、步骤一、对直流微电网集群进行分布式建模；建模包含内部控制系统和直流微电网主电路；

5、步骤二、恒功率负载线性化，将所有状态变量平移至稳态工作点附近；

6、步骤三、建立直流微电网t-s模糊模型，推导直流微电网集群大信号稳定性判据；

7、步骤四、确定直流微电网集群内各电路参数和控制参数；

8、步骤五、分析直流微电网集群内部各网大信号稳定性；

9、步骤六、建立控制等效的分布式模型；

10、步骤七、分析直流微电网集群大信号稳定性。

11、进一步地，步骤一中，内部控制系统包括三次控制、二次控制和二次控制，对内部控制系统进行建模：

12、三次控制是直流微电网集群的顶层控制，状态方程如下：

13、

14、式中，ωιιι是三次控制变量δvιιι是三次控制产生的电压增量；是邻网的参考电流，bij是权重系数，kpιιι和kiιιι是三次控制pi值；

15、二次控制会产生电压增量，其状态方程如下：

16、

17、式中，ωιι是二次控制状态变量，δvιι是二次控制电压增量；vo是输出电压，voref是参考电压，kpιι和kiιι是二次控制pi值；

18、一次控制是底层控制，输出pwm信号，状态方程如下：

19、

20、式中，ωvol是电压外环控制变量，ωcur是电流内环控制变量，kpvol和kivol是电压外环pi值，kpcur，kicur是电流内环pi值，iinref是电源输入侧参考电流，iin是电源输入侧电流，d是控制系统输出占空比。

21、进一步地，步骤一中，对直流微电网主电路进行建模，其状态方程如下：

22、

23、式中，iin是电源输入侧电感电流，vo是输出电压，io是输出电流，vbus是母线电压，pcpl是恒功率负载，vs是输入电压，d是输入占空比，lin是电源输入侧电感，rin电源输入侧电阻，co输出电容，lo输出电感，ro是输出电阻，cbus是母线电容。

24、进一步地，步骤一中，基于内部控制系统建模和主电路建模，建立一个具有可扩展性的直流微电网集群分布式模型，以第i个网为例，网内有k个变换器，与j个网相互连接；完整的分布式模型如下：

25、

26、这是一个通用模型，不受直流微电网集群内部直流微电网数量的影响。

27、进一步地，步骤二中，首先，将恒功率负载线性化：

28、

29、然后，推导出恒功率负载的线性表达式，表述如下：

30、

31、利用t-s模糊模型和lmi工具箱对分布式模型的状态矩阵进行求解，正定矩阵pi和系统的渐进稳定域，过程如下：

32、利用lmi工具箱求解正定矩阵pi

33、

34、最后，利用正定矩阵pi构建单网lyapunov函数

35、

36、进一步地，步骤五中，利用上述步骤的建模方法和稳定性判据，确定各直流微电网的最大功率界限，以及参数对单网稳定性的影响。

37、进一步地，步骤六中，分布式模型为：

38、

39、将该分布式模型改写成形式；xi代表本地系统变量xj代表邻接系统变量。

40、对于一个已将恒功率负载线性化的线性系统来说，若能量函数满足：

41、

42、则该系统稳定；

43、利用t-s模型和lmi工具箱，得：

44、

45、为了求解上式中的将整个李雅普诺夫泛函方程转换到欧几里得空间上：

46、

47、和||aijxj||2可在欧几里得空间上拓展为

48、

49、同时，推出：

50、

51、进一步地，定义一个新的矩阵s简化推导过程：

52、

53、只需要s满足m阵性质，整个直流微电网集群就是稳定的；

54、由于s保守性极强，将原线性系统进行进一步转换；

55、求解子系统aii的特征矩阵ti，定义推导出：

56、

57、

58、当满足m阵性质，能够保证直流微电网集群是稳定的。则直流微电网集群系统只要满足上述稳定性判据，系统在平衡点附近大范围渐进稳定。需要指出，尽管基于分布式模型，t-s模糊模型和lyapunov推导出的大信号稳定性判据为充分非必要条件，但仍旧为可扩展性的直流微电网集群的大信号稳定性判定与分析提供了可供参考的依据，避免了传统建模和分析方法导致的维度灾难。

59、进一步地，对大规模的直流微电网集群进行建模和稳定性分析时，建模阶数和稳定性分析的计算量不受集群内部直流微电网数量的增多而增大。

60、进一步地，在分布式稳定性判据的基础上，能够分析不同参数对系统大信号稳定性的影响。具体体现在，保持联络线其他参数不变，研究某一个参数对单网乃至直流微电网集群大信号稳定性的影响。

61、本发明的有益效果是：

62、本发明填补了目前对具有可扩展性的直流微电网集群建模以及分布式大信号稳定性分析研究的空白，针对现有技术问题，本发明提出一种通用的直流微电网集群分布式大信号稳定性判据，首先将直流微电网集群内每个直流微电网进行分布式建模，借助t-s模糊模型法和lyapunov函数确定单网的最大功率边界，再将控制系统等效，推导出适用于分布式模型的大信号稳定性判据，在分布式大信号稳定性判据下进行直流微电网集群系统的大信号稳定性评估，分析电路参数对单网和集群的稳定性影响，为系统设计提供了理论依据，确保了直流微电网集群系统的大信号稳定性。

63、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。