基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法及系统，其中，该方法包括以下步骤：搭建混合势函数理论的等值模型；通过等值模型构建待研究的交直流混合系统的混合势函数；对混合势函数进行重构，并根据重构后的混合势函数求解特征根，利用混合势函数第三稳定性理论得到交直流混合系统的稳定性判据。该方法能够从能量的角度建立系统的势函数，避免了复杂的数值积分，有利于得到解析形式的动态安全判据，为系统安全运行控制策略的制定提供依据，而且混合势函数法的势函数构造，针对的是一般性的非线性电路网络的特定支路的电流和电压，不涉及旋转机组的电量，故非常适用于以电力电子设备为主的交直流混合系统的能量函数构建。

Stability Analysis Method and System of AC/DC Hybrid System Based on Mixed Potential Function

The present invention discloses a stability analysis method and system of AC/DC hybrid system based on mixed potential function, which includes the following steps: establishing the equivalent model of mixed potential function theory; constructing the mixed potential function of AC/DC hybrid system to be studied through the equivalent model; reconstructing the mixed potential function and solving the eigenvalue according to the reconstructed mixed potential function. Based on the third stability theory of mixed potential function, the stability criterion of AC/DC hybrid system is obtained. This method can establish the potential function of the system from the point of view of energy, avoid complex numerical integration, help to obtain the dynamic safety criterion in analytical form, and provide the basis for the formulation of the safe operation control strategy of the system. Moreover, the potential function construction of the mixed potential function method is aimed at the current and voltage of the specific branch of the general non-linear circuit network, and does not involve the rotating unit. Therefore, it is very suitable for the construction of energy function of AC/DC hybrid system with power and electronic equipment as the main part.

【技术实现步骤摘要】
基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法及系统
本专利技术涉及电力电子变压器的交直流混合系统的稳定性分析
，特别涉及一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法及系统。
技术介绍
近年来我国分布式可再生能源增长迅速，大规模分布式可再生能源接入电网，对系统的灵活接入和有效管控提出了新的挑战和更高的要求。目前可再生能源接入技术交直流变换环节较多，降低了效率、影响了接入的便捷性。另外，配电网互联互济和柔性调控能力不足，也限制了分布式可再生能源的充分消纳和高效利用。利用双向多端口电力电子变压器构建交直流混合系统，可以实现灵活组网，在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源，实现灵活安全接入；并减少变换环节，提高能源利用效率，增强系统控制能力，在更大范围实现互联互补，充分消纳可再生能源。交直流混合配电网中存在大量电力电子设备，多种电力电子装备之间存在参数不匹配、控制策略不协调等问题，并且从微秒级到秒级的多时间尺度动态特性混杂，使得高度非线性的交直流系统容易出现振荡、谐波放大等现象；而且可再生能源的随机波动性加剧了混合系统故障时动态过程的复杂性。因此，需要对交直流混合系统进行动态安全分析，为系统安全运行控制策略的制定提供依据。但是交直流混合系统中的电力电子设备具有强非线性，尤其是系统中有电力电子变压器时，会进一步加强了交直流子系统间的耦合关系，使系统的非线性特征更加明显，因此含电力电子变压器的交直流混合系统本质上是一个非线性动态系统。目前常用的动态分析方法有时域仿真法及经典能量函数法等。时域仿真法在保留系统的非线性特征及考虑元件的动态作用下，采用数值积分得到电压及其他量随时间变化曲线。时域仿真法是大干扰下研究系统动态过程的主要工具，适用于任何动态模型。但是以电力电子变压器为核心的交直流混合系统规模较大，且其中的开关器件频率均比较高，为了反映其故障时的动态情况，仿真步长必须很小，这就导致时域仿真法耗时过长，所以对于庞杂的交直流混合系统而言，基于仿真和实验的方法分析大规模系统的稳定性对仿真工具的计算速度和容量有很高的要求，所以采用该方法进行分析难度很高。能量函数法可以通过使用能量函数提供电力系统电压稳定性的量度，清晰地反映电力系统当前运行点与电压失稳点间的距离，据此判断电压稳定与否，以及稳定的程度。大电网中常用的经典能量函数法，主要通过建立系统中的旋转机组(系统的核心动态元件)的动能和势能进行分析，而在交直流混合系统的主要动态元件是电力电子设备而不是旋转机组，经典能量函数法难以给出其动能和势能，对于交直流混合系统而言也不适用。因此需要采用新的稳定性分析方法对含电力电子变压器的交直流混合系统进行动态安全分析，建立相应的稳定性判据。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析系统。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，能够从能量的角度建立系统的势函数，避免了复杂的数值积分，有利于得到解析形式的动态安全判据，主要包括以下步骤：搭建混合势函数理论的等值模型；通过所述等值模型构建待研究系统的混合势函数；根据混合势函数理论对所述混合势函数进行重构，并将重构后的混合势函数求解特征根，利用所述特征根和混合势函数第三稳定性理论推导所述交直流混合系统的稳定性判据。本专利技术实施例的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，通过从能量的角度建立系统的势函数，避免了复杂的数值积分，有利于得到解析形式的动态安全判据，为系统安全运行控制策略的制定提供依据，而且混合势函数法的势函数构造，针对一般性的非线性电路网络的特定支路的电流和电压，不涉及旋转机组的电量，非常适用于以电力电子设备为主的交直流混合系统的能量函数构建。另外，根据本专利技术上述实施例的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过所述等值模型，利用混合势函数构建方法构建待研究系统的混合势函数进一步包括：所述混合势函数将预设的所述电路结构构造成李雅普诺夫的能量势函数P，P与电感电流ip、电容电压vσ需满足条件：可选地，在本专利技术的一个实施例中，利用元件分析法构建所述能量势函数进一步包括：分别计算非储能元件支路的电流势函数和电容支路的电流电压之和；将所述非储能元件支路的电流势函数和所述电容支路的电流电压之和相加P＝∫∫uvudiu+∑irvr|r，其中，u为非储能元件支路号，r为电容支路序号，v为电压，i为电流。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对所述混合势函数进行重构前，将混合势函数化为标准形式：P(i,v)＝-A(i)+B(v)+(i,γv-α)其中，A(i)为非储能元件的电流势函数的相反数，B(v)为非储能元件的电压势函数，γ为与电路结构相关的常数矩阵，且矩阵内元素为±1或0，α为常矢量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，重构所述混合势函数的公式为：其中，设且设μ1为矩阵L-1/2Aii(i)L-1/2的最小特征根，μ2为矩阵C-1/2Bvv(v)C-1/2的最小特征根，(，)代表内积运算。可选地，在本专利技术的一个实施例中，根据混合势函数稳定性理论，若电压电流均为μ1+μ2≥δ>0；且当|i|+|v|→∞时，P*(i,v)→∞，则当时间趋于无穷时，被研究系统所有解都趋近于稳定工作点，系统最终稳定。为达到上述目的，本专利技术另一方面提出了一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析系统，包括：搭建模块，用于搭建适用于构建混合势函数的交直流系统等值模型；构建模块，用于通过所述等值模型，利用混合势函数构建方法构建待研究系统的混合势函数；分析模块，用于对所述混合势函数进行重构，并利用重构后的混合势函数求解特征根，以根据混合势函数第三稳定性理论推导交直流混合系统的稳定性判据。另外，根据本专利技术上述实施例的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述构建模块进一步包括：所述待研究系统的混合势函数将预设的所述电路结构构造成李雅普诺夫的能量势函数P，P与电感电流ip、电容电压vσ需满足条件：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对所述混合势函数进行重构前，将混合势函数化为标准形式：P(i,v)＝-A(i)+B(v)+(i,γv-α)其中，A(i)为非储能元件的电流势函数，B(v)为非储能元件的电压势函数。此处γ为与电路结构相关的常数矩阵，且矩阵内元素为±1或0，α为常矢量。本专利技术实施例的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析系统，通过从能量的角度建立系统的势函数，避免了复杂的数值积分，有利于得到解析形式的动态安全判据，为系统安全运行控制策略的制定提供依据，而且混合势函数法的势函数构造，针对一般性的非线性电路网络的特定支路的电流和电压，不涉及旋转机组的电量，非常适用于以电力电子设备为主的交直流混合系统的能量函数构建。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建适用于构建混合势函数的交直流系统等值模型；通过所述等值模型，利用混合势函数构建方法构建待研究系统的混合势函数；以及对所述混合势函数进行重构，并利用重构后的混合势函数求解特征根，以根据混合势函数第三稳定性理论推导交直流混合系统的稳定性判据。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建适用于构建混合势函数的交直流系统等值模型；通过所述等值模型，利用混合势函数构建方法构建待研究系统的混合势函数；以及对所述混合势函数进行重构，并利用重构后的混合势函数求解特征根，以根据混合势函数第三稳定性理论推导交直流混合系统的稳定性判据。2.根据权利要求1所述的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，其特征在于，所述通过所述等值模型，利用混合势函数构建方法构建待研究系统的混合势函数进一步包括：所述混合势函数将预设的所述电路结构构造成李雅普诺夫的能量势函数P，P与电感电流ip、电容电压vσ需满足条件：3.根据权利要求1述的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，其特征在于，利用元件分析法构造所述能量势函数进一步包括：分别计算非储能元件支路的电流势函数和电容支路的电流电压之和；将所述非储能元件支路的电流势函数和所述电容支路的电流电压之和相加P＝∫∫uvudiu+∑irvr|r，其中，u为非储能元件支路号，r为电容支路序号，v为电压，i为电流。4.根据权利要求1述的基于混合势函数的交直流混合系统稳定性分析方法，其特征在于，所述对所述混合势函数进行重构前，将混合势函数化为标准形式：P(i,v)＝-A(i)+B(v)+(i,γv-α)其中，A(i)为非储能元件的电流势函数的相反数，B(v)为非储能元件的电压势函数，γ为与电路结构相关的常数矩阵，且矩阵内元素为±1或0，α为常矢量。5.根据权利要求1述的基于混合势函数的交直流混合系统稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑竞宏，赵文志，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11