一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，包括：步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵，依据主站定电压控制策略，建立主站的状态空间模型，并形成其状态矩阵与输入矩阵；步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵，根据从站定功率控制策略，建立单个从站的状态空间模型，并整合形成N

【技术实现步骤摘要】
一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法


[0001]本专利技术涉及电力领域，尤其是一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车充电桩、LED等直流用电设备的广泛应用，以及光伏、风电等分布式能源直流接入的不断推广，围绕低压多端直流、交直流混联系统的研究和应用日益广泛，直流系统成为配电网的重要组成部分。但由于现阶段电网系统仍以交流负荷为主，因此在未来一段时期内，交直流混合配电系统将是电网的重要形式之一。
[0003]图1描述了一种低压多端交直流配用电系统等效电路，其中交流系统1、交流系统2
……
交流系统n
……
交流系统N等通过直流系统互联，VSC1、VSC2
……
VSCn
……
VSCN的交流侧分别接入交流系统1、交流系统2
……
交流系统n
……
交流系统N，各自的直流侧经一定线路流入直流母线。直流系统可接入风电光伏等可再生能源，储能系统以及电动汽车等直流负载，当以上设备电压等级与直流母线电压等级不匹配时可合理配置DC/DC变换器进行转换。其中主站换流器采用定直流电压控制模式，为直流系统提供恒定的直流电压；从站换流器采用定功率控制模式，传输给定功率。
[0004]由于直流网络高度电力电子化，其具有弱阻尼、低惯性等缺点，系统稳定性问题较为突出，目前已成为学术界广泛关注的热点。而现有的相关研究主要集中在单母线系统或双端系统上，而针对低压多端直流系统结构的广义稳定性分析方法则较少提及，如何处理高阶低压多端直流系统的复杂性成为了一大空白。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种能够高效降低系统建模复杂度和计算耗时，且灵活扩展的模块化建模方法，建模方法基于主从控制模式展开，该模式中主站换流器采用定直流电压控制模式，为直流系统提供恒定的直流电压；从站换流器采用定功率控制模式，传输给定功率，提高系统稳定性分析的效率。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵。依据主站定电压控制策略，建立主站的状态空间模型，并形成其状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；
[0008]步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵。根据从站定功率控制策略，建立单个从站的状态空间模型，并整合形成N
‑
1个从站的整体状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；
[0009]步骤三：构建直流网络矩阵。根据基尔霍夫电流定理、基尔霍夫电压定理，建立N端直流网络的模型，并整合形成直流网络矩阵，并作为步骤四的输入；
[0010]步骤四：构建系统整体状态空间矩阵。将步骤一的主站状态矩阵与输入矩阵、步骤
二的从站的整体状态矩阵与输入矩阵、步骤三的直流网络矩阵进行模块化拼接，得到N端直流系统的完整状态空间矩阵，并作为步骤五的输入；
[0011]步骤五：将步骤四的完整状态空间矩阵进行特征值分析，研究系统运行机理。
[0012]进一步的，上述各步骤具体如下：
[0013]步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵。
[0014]依据电压源型换流站的定电压控制器的电压环、电流环结构，得到主站VSC1的状态空间模型，满足：
[0015][0016]式中，A
master
、B
master
、Δx
master
、Δu
master
分别为主站VSC1的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量。其具体表达式满足：
[0017][0018]式中，
[0019]为电压外环比例系数，为电压外环积分参数，为有功电流内环比例参数。L
ac1
、R
ac1
、U
cd10
、i
d10
、P
dc10
为主站VSC1交流侧电感、交流侧电阻、交流侧输出电压d轴分量稳态值、交流侧并网电流d轴分量稳态值、直流功率稳态值；i
q10
为主站VSC1交流侧并网电流q轴分量稳态值；U
10
、C1为主站VSC1直流侧电压的稳态值、直流侧电容；ω为电网角速度。
[0020]步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵。
[0021]依据电压源型换流站的定功率控制器的功率环、电流环结构，得到从站VSCn的状态空间模型，满足：
[0022][0023]式中，A
slave_n
、B
slave_n
、Δx
slave_n
、Δu
slave_n
分别为从站VSCn的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量。其具体表达式满足：
[0024][0025]式中，U
n0
、C
n
、P
n
为从站VSCn直流侧电压的稳态值、直流侧电容、功率。
[0026]将A
slave_n
、B
slave_n
进行整合，得到N
‑
1个从站的整体状态矩阵A
slave
与输入矩阵B
slave
，满足：
[0027][0028][0029]式中，U
20
、C2、P2为从站VSC2直流侧电压的稳态值、直流侧电容、功率；U
n0
、C
n
、P
n
为从站VSCn直流侧电压的稳态值、直流侧电容、功率；U
N0
、C
N
、P
N
为从站VSCN直流侧电压的稳态值、直流侧电容、功率。
[0030]步骤三：构建直流网络矩阵。
[0031]直流母线端的线路满足KCL方程:
[0032][0033]式中，U、U0分别为直流母线电压、直流母线电压的稳态值；i1、i
n
、i
N
分别为主站VSC1直流侧电流、从站VSCn直流侧电流、从站VSCN直流侧电流；P
eq
为直流母线侧恒功率负荷等效功率；C为直流母线电容。
[0034]换流器VSCn直流侧线路满足KVL方程：
[0035][0036]式中，L
n
、R
n
、i
n
分别为换流站VSCn直流侧线路电感、直流侧线路电阻、直流侧电流；U
n
为换流站VSCn直流侧电压；U为直流母线电压。
[0037]根据以上公式，建立主站直流侧网络矩阵Net
master
、从站直流侧网络矩阵Net
slave
、直流母线侧网络矩阵Net
DC_bus
，满足：
[0038][0039]式中，L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵，依据主站定电压控制策略，建立主站的状态空间模型，并形成其状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵，根据从站定功率控制策略，建立单个从站的状态空间模型，并整合形成N
‑
1个从站的整体状态矩阵与输入矩阵，并作为步骤四的输入；步骤三：构建直流网络矩阵，根据基尔霍夫电流定理、基尔霍夫电压定理，建立N端直流网络的模型，并整合形成直流网络矩阵，并作为步骤四的输入；步骤四：构建系统整体状态空间矩阵，将步骤一的主站状态矩阵与输入矩阵、步骤二的从站的整体状态矩阵与输入矩阵、步骤三的直流网络矩阵进行模块化拼接，得到N端直流系统的完整状态空间矩阵，并作为步骤五的输入；步骤五：将步骤四的完整状态空间矩阵进行特征值分析，研究系统运行机理。2.根据权利要求1所述的一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，其特征在于，所述步骤一：构建主站的状态矩阵与输入矩阵，具体包括如下步骤：依据电压源型换流站的定电压控制器的电压环、电流环结构，得到主站VSC1的状态空间模型，满足：式中，A
master
、B
master
、Δx
master
、Δu
master
分别为主站VSC1的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；其具体表达式满足：式中，式中，为电压外环比例系数，为电压外环积分参数，为有功电流内环比例参数；L
ac1
、R
ac1
、U
cd10
、i
d10
、P
dc10
为主站VSC1交流侧电感、交流侧电阻、交流侧输出电压d轴分量稳态值、交流侧并网电流d轴分量稳态值、直流功率稳态值；i
q10
为主站VSC1交流侧并网电流q轴分量稳态值；U
10
、C1为主站VSC1直流侧电压的稳态值、直流侧电容；ω为电网角速度。3.根据权利要求1所述的一种基于主从控制的低压交直流系统模块化建模方法，其特征在于，所述步骤二：构建所有从站的整体状态矩阵与输入矩阵，具体包括如下步骤：依据电压源型换流站的定功率控制器的功率环、电流环结构，得到从站VSCn的状态空间模型，满足：式中，A
slave_n
、B
slave_n
、Δx
slave_n
、Δu
slave_n
分别为从站VSCn的状态矩阵、输入矩阵、状态矢量、输入矢量；其具体表达式满足：
式中，U
n0
、C
n
、P
n
为从站VSCn直流侧电压的稳态值、直流侧电容、功率；将A
slave_n
、B
slave_n
进行整合，得到N
‑
1个从站的整体状态矩阵A
slave
与输入矩阵B
slave
，满足：足：式中，U
20
、C2、P2为从站VSC2直流侧电压的稳态值、直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琦，邓卫，裴玮，杨艳红，叶华，孔力，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：