带有并联变换器的直流微电网系统及其稳定方法技术方案

本发明专利技术提供了带有并联变换器的直流微电网系统。所述系统包括：恒功率负载，其并联在直流母线上；n个直流微电源，各个直流微电原通过各自的LC变换器并联连接在直流母线上；其中，所述LC变换器的电感与电容参数设置成，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差处于某一特定范围之外。本发明专利技术从数学的角度分析了在带恒功率负载的直流微电网中，多个变换器的LC滤波器并联对系统稳定性影响的问题，并给出了含有两个和三个并联变换器的系统稳定性准则。同时，用仿真验证了所提出的稳定性准则的正确性。事实上，也通过定量分析证明了所提出的稳定性准则依然适用。

【技术实现步骤摘要】
带有并联变换器的直流微电网系统及其稳定方法
本专利技术涉及电力电子
，具体而言，涉及一种带有并联变换器的直流微电网及其稳定方法。
技术介绍
在先进的自动化系统中，当电力电子变换器及电动传动装置等受到严格的控制时，会在输入端表现为恒功率负载，并且通常会引起负阻抗导致的不稳定问题。特别是在带有多并联DC-DC变换器的直流微电网中，介于变换器和直流母线之间的并联LC滤波器可能会引起系统的振荡甚至崩溃问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种带有并联变换器的直流微电网系统。所述系统包括：恒功率负载，其并联在直流母线上；n个直流微电源，各个直流微电源通过各自的LC滤波器并联连接在直流母线上；其中，所述LC滤波器的电感与电容参数设置成，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差处于某一特定范围之外。根据本专利技术的带有并联变换器的直流微电网系统，当并联的DC-DC变换器为2个时，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：或优选大于0.8。根据本专利技术的带有并联变换器的直流微电网系统，当并联的DC-DC变换器为3个时，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：其中f11＝M1-M2/M0，f12＝M3-M4/M0，f21＝(M2f11-M0f12)/f11，f22＝(M4f11-M5M0)/f11，f31＝(f12f21-f22f11)/f21，f41＝(f22f32-M5f21)/f31。优选大于1.8。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于稳定带有并联变换器的直流微电网的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将负载通过严格管理的荷载点变换器连接到电源上形成恒功率负载，并针对具体的带有n个并联变换器的直流微电网确定系统的动态方程，以及进行线性化表示；通过解算系统的动态方程的稳定性条件得到系统的稳定性条件；其中，所述变换器的电感与电容参数满足以下条件以保证系统工作在稳定域内：所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差处于某一特定范围之外。根据本专利技术的用于稳定带有并联变换器的直流微电网的方法，当并联的DC-DC变换器为2个时，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：或优选大于0.8。根据本专利技术的带有并联变换器的直流微电网的方法，当并联的DC-DC变换器为3个时，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：其中f11＝M1-M2/M0，f12＝M3-M4/M0，f21＝(M2f11-M0f12)/f11，f22＝(M4f11-M5M0)/f11，f31＝(f12f21-f22f11)/f21，f41＝(f22f32-M5f21)/f31。优选大于1.8。本专利技术的有益之处在于，本专利技术考虑了在带有多个微源的直流微电网系统中，连接在并联的变换器和直流母线之间的LC滤波器可能会引起系统的不稳定。总的来说就是，当所有并联的LC滤波器的电感和电容之积在某一范围内接近或者相等时，系统会因为共振导致不稳定。本专利技术从数学的角度分析了带有n个并联变换器直流微电网的稳定性问题。同时，还分别分析了两个微源并联和三个微源并联情况下确保系统稳定的LC滤波器参数需满足的关系准则。所提出的准则简单并且对实际应用有很大指导意义。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术一个实施例的并联多个微直流源的电网系统示意图；图2显示了根据本专利技术一个实施例的含有两个并联变换器系统的稳定域图表；图3显示了含有n个并联变换器系统的仿真原理图；图4显示了根据本专利技术另一个实施例的含有两个并联变换器系统的稳定域示意图；图5显示了含有两个变换器的输出电压的波形图；图6显示了含有两个变换器的系统的根轨迹示意图；以及，图7显示了含有三个变换器的系统的根轨迹示意图。具体实施方式在过去的几年里，为了使得不同形式的可再生能源集成化以及偏远地区能够实现电气化，微电网的概念应运而生。由于很多可持续能源以及负载，比如光伏模块、蓄电池和LED等，其本身具有直流耦合点，因此直接使用DC-DC变换器连接这些微源和负载构成直流微电网。与使用AC-DC或者DC-AC转换相比，这种变换具有更高的效率。然而，当这种直接由DC-DC变换器并联连接的直流微电网接入恒功率负载时，就可能会引起系统的不稳定，因为恒功率负载本身表现为一种负阻抗特性。为了解决这个问题，很多研究者提出了大量的技术以及设计方法。这些方法从变换器的个数角度可以分为三种类型：第一类是单个变换器带恒功率负载，这种类型主要针对稳定性分析以及稳定化方法的研究。一类现有技术主要采用增加阻尼和减小负阻抗的方法来缓解振荡，防止直流母线电压崩溃。还有的文献总结了将四种分析方法用于大信号稳定性分析，包括Brayton-Moster混合电势法、多模型方法、块对角化二次李雅普洛夫函数法以及反向轨迹跟踪法。第二类是两个变换器并联连接的情况。现有技术文献介绍了一种新的环消除非线性反馈方法来消除恒功率负载引起的不稳定影响。由于增加阻尼有利于系统的稳定，提出了多种基于虚拟电阻来增加系统阻尼的线性控制方法。但这种方法会降低系统的效率或者需要在系统中增加额外的电力电子组件。第三类是n(n≥2)个变换器并联的系统。现有技术基于Brayton-Moster混合电势理论，提出了具有多级LC滤波器的系统带恒功率负载时的稳定性准则，并且这种准则可用于实际的恒功率负载。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细说明。图1所示为含有多个并联变换器的直流微电网带恒功率负载的基本数学模型。假设模型中的微源均为Buck变换器，其输入可以看做是理想的电压源。所有的负载均为恒功率负载且所有公共母线的电阻均为零。通过分析可知，电缆线的感性对系统的稳定性没有影响，而阻性对系统的稳定性却有影响。因此，电缆线的阻抗可以看成纯电阻阻抗。如果负载通过严格管理的荷载点变换器连接到电源上，那么这个荷载点变换器及其关联的负载可以看成是恒功率负载。因此，图1所示数学模型中的负载可以看成一个理想的恒功率负载。从图1所示的数学模型可以得出系统的动态方程如下：其中u＝[u1u2…un]T，d＝[d1d2…dn]T，i＝[i1i2…in]T，L＝diag{Lj}，C＝diag{Cj}，V＝diag{Vj}。j＝1,2,…n表示第j个微源。Lj及Cj分别表示LC滤波器的电感值和电容值，Vj及uj分别表示变换器的输入和输出电压。dj为占空比，和ij分别表示电感Lj和第j个变换器的输出电流。对于恒功率负载，有如下功率平衡表达式：其中P表示恒功率负载的功率，u0表示负载电压，yj为第j个变换器到恒功率负载之间的导纳。众所周知，当若干个振子的固有频率接近于一定范围内时，就会发生共振。这种现象同样也适用于含有多个并联变换器的直流微电网系统。本专利技术实施例提供了系统的稳定性分析及稳定性准则，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有并联变换器的直流微电网系统，其特征在于，所述系统包括：恒功率负载，其并联在直流母线上；n个直流微电源，各个直流微电源通过各自的LC滤波器并联连接在直流母线上；其中，所述LC滤波器的电感与电容参数设置成，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差处于某一特定范围之外。

【技术特征摘要】
1.一种带有并联变换器的直流微电网系统，其特征在于，所述系统包括：恒功率负载，其并联在直流母线上；n个直流微电源，各个直流微电源通过各自的LC滤波器并联连接在直流母线上；其中，所述LC滤波器的电感与电容参数设置成，所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差处于某一特定范围之外。2.如权利要求1所述的带有并联变换器的直流微电网系统，其特征在于，当并联的直流微电源为2个时，LC滤波器中所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：或3.如权利要求1所述的带有并联变换器的直流微电网系统，其特征在于，当并联的直流微电源为3个时，LC滤波器中所有电感与电容的乘积中的最大值与最小值之间的差满足下述关系：其中f11＝M1-M2/M0，f12＝M3-M4/M0，f21＝(M2f11-M0f12)/f11，f22＝(M4f11-M5M0)/f11，f31＝(f12f21-f22f11)/f21，f41＝(f22f32-M5f21)/f31。4.一种用于稳定带有并联变换器的直流微电网的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：董密，李玉林，杨建，柳张杰，侯小超，韩华，孙尧，粟梅，王硕，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43