一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法技术方案

本发明专利技术涉及直流配电系统技术领域，公开了一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，适用于各种类型的直流系统。当系统中所有电力电子变换器均为稳定的最小相位系统时，整个系统稳定的充分必要条件为母线端口阻抗Zbus的Nyquist曲线不包围原点。母线端口阻抗Zbus可在线测量，无需获知系统中各变换器的详细信息和工作状态，整个系统为黑箱系统，可直观、方便、准确的判断系统稳定性。准确的判断系统稳定性。准确的判断系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法


[0001]本专利技术涉及直流配电系统
，具体涉及一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源和直流负荷的快速发展，直流配电系统逐渐得到广泛应用。系统中通过电力电子变换器将不同类型的源和负载连接到直流母线上，因此直流配电系统中的电力电子变换器占比越来越高。然而，在复杂直流配电系统中，由于变换器之间的相互作用，即使每个变换器可以单独稳定运行，多个变换器串并联仍然存在不稳定问题，导致直流母线上出现低频振荡。
[0003]为判断系统稳定性，1976年，Middlebrook教授基于级联系统提出了阻抗比判据，也称为Middlebrook判据。随后，国内外众多学者对Middlebrook判据进一步研究，提出了一系列禁区判据，拓展了Middlebrook判据的幅值裕度和相位裕度。阻抗比判据需要系统各变换器的信息，但是，当系统中存在储能变换器时，随着工作模式的变化，储能变换器既可以工作为源变换器，又可以工作为负载变换器，给阻抗比判据增加了困难。因此，相关学者将系统中的所有变换器分为两类：母线电压控制型变换器(Bus voltage
‑
controlled converter,BVCC)和母线电流控制型变换器(Bus current
‑
controlled converter,BCCC)，系统阻抗比为Z
oS_bus
/Z
iL_bus
，其中Z
oS_bus
和Z
iL_bus
分别为BVCC与BCCC的并联等效阻抗。采用Middlebrook判据的前提条件是子系统等效阻抗Z
oS_bus
和Z
iL_bus
没有右半平面的极点，但是由于变换器之间的相互耦合，即使单个变换器是稳定的最小相位系统，Z
oS_bus
和Z
iL_bus
有可能为不稳定的非最小相位系统，这导致现有的阻抗比判据造成误判，该阻抗比判据为直流配电系统稳定性的充分条件。
[0004]阻抗比判据通常适用于V
‑
I或I
‑
V型级联系统，对于一些特殊的系统，例如混合储能系统，表现为V
‑
V或I
‑
I型级联系统特性，许多学者采用阻抗和判据将V
‑
V型级联系统等效为Z+Z模型，通过判断Z+Z模型是否满足Nyquist判据即可判断系统稳定性，并将其拓展到V
‑
V、V
‑
I、I
‑
V和I
‑
I这四类典型的级联系统。相比于阻抗比判据，不需要判断变换器类型就可以构建阻抗和模型，更加方便。但是，与阻抗比判据类似的是，在复杂直流配电系统中，阻抗和判据仍然要求多个变换器并联的子系统没有右半平面极点这一前提条件，同理，阻抗和判据是判断直流配电系统稳定的充分条件。
[0005]因此，目前亟需能够准确、直观地判断直流配电系统稳定性的新判据。

技术实现思路

[0006]针对上述技术背景提到的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，简单易测，不需要系统中变换器内部信息，不需要子系统的稳定性信息，克服了现有判据的局限性。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1、根据各变换器对母线端口的影响，可分为两类：母线电压控制型变换器(bus voltage
‑
controlled converter，BVCC)和母线电流控制型变换器(bus voltage
‑
controlled converter，BCCC)，直流母线上并联了m个BVCC和n个BCCC；
[0010]步骤2、根据二端口等效模型，可以得到m个BVCC和n个BCCC并联的直流配电系统二端口小信号模型；
[0011]步骤3、根据步骤2中直流配电系统二端口小信号模型得出响应量和的表达式；
[0012]步骤4、根据步骤3中直流和的表达式得出所有的闭环传递函数和的特征多项式；
[0013]步骤5、根据步骤4中的特征多项式得出直流配电系统稳定的充分必要条件。
[0014]进一步的，所述和的表达式为：
[0015][0016][0017]其中
[0018][0019]进一步的，所述BVCCs和BCCCs为稳定的最小相位系统时：
[0020][0021]其中，P表示传递函数的右半平面极点的个数；Z表示传递函数的右半平面零点的个数；
[0022]根据根据式(3)和(4)，易知
[0023][0024]进一步的，所述闭环传递函数和的特征多项式由式(1)和式(2)可知，为：
[0025]进一步的，所述BVCCs和BCCCs为稳定的最小相位系统时：
[0026]所有阻抗的并联阻抗Z
vS
的右半平面零点所有导纳的并联导纳Y
cL
的右半平面极点
[0027]进一步的，所述系统稳定的充分必要条件是
[0028][0029]式(6)为母线端口阻抗Z
bus
的倒数，将柯西定理应用到Z
bus
中，可得
[0030][0031]由式(5)可知，Π(Y
cL
)＝0，Z(Z
vS
)＝0，因此，母线端口阻抗判据可以表示为
[0032][0033]进一步的，所述直流配电系统稳定的充分必要条件是Z
bus
的Nyquist曲线顺时针包围原点的圈数Ρ(Z
bus
)与Z
bus
的右半平面零点数Z(Z
bus
)之和为零，即Ρ(Z
bus
)+Z(Z
bus
)＝0，且故系统稳定的充分必要条件为Z
bus
的Nyquist曲线顺时针包围原点的圈数Ρ(Z
bus
)为零。
[0034]进一步的，所述系统的母线端口阻抗Z
bus
可以在母线上注入母线电流扰动通
过阻抗分析仪直接测量通过得到。
[0035]有益效果：
[0036](1)提出的新型的基于母线端口阻抗的系统稳定性判据，适用于各种类型的直流系统，仅需系统中单个变换器为稳定的最小相位系统，无需判断单个变换器构成的子系统是否为稳定的最小相位系统，该稳定性判据为系统稳定的充分必要条件。
[0037](2)基于母线端口阻抗的稳定性判据可以将系统看做一个黑箱系统，不需要知道内部变换器详细参数和工作状态，即可判断系统稳定性，母线端口可在线测量，具有实用性。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、根据各变换器对母线端口的影响，可分为两类：母线电压控制型变换器(bus voltage
‑
controlled converter，BVCC)和母线电流控制型变换器(bus voltage
‑
controlled converter，BCCC)，直流母线上并联了m个BVCC和n个BCCC；步骤2、根据二端口等效模型，可以得到m个BVCC和n个BCCC并联的直流配电系统二端口小信号模型；步骤3、根据步骤2中直流配电系统二端口小信号模型得出响应量和的表达式；步骤4、根据步骤3中直流和的表达式得出所有的闭环传递函数和的特征多项式；步骤5、根据步骤4中的特征多项式得出直流配电系统稳定的充分必要条件。2.根据权利要求1所述的一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，其特征在于，所述和的表达式为：的表达式为：其中3.根据权利要求2所述的一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，其特征在于，所述BVCCs和BCCCs为稳定的最小相位系统时：其中，P表示传递函数的右半平面极点的个数；Z表示传递函数的右半平面零点的个数；根据根据式(3)和(4)，易知
4.根据权利要求1所述的一种新型的基于母线端口阻抗的系统稳定性判断方法，其特征在于，所述闭环传递函数和的特征多项式由式(1)和式(2)可知，为：5.根据权利要求1所述的一种基于母线端口阻抗的直流配电系统稳定性判断方法，其特征在于，所述BVC...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲小慧，张姚姚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：