基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法，包括：建立直流配电网的AVSG控制方程：将直流配电网中直流侧的boost换流器中的电容器类比做虚拟同步发电机中的转子，在功率发生波动时，吸收或者放出电能，以此达到稳定电压的效果，类比交流系统中转子转速变化时频率与功率的关系，以电容的无功功率类比电机中的转子动能，得到直流配电网的AVSG控制方程；针对AVSG控制中使用的boost换流器，得到boost变换器在一个开关周期内运行的状态平均方程，给出传递函数计算公式；通过对PI控制中比例系数与积分系数的分析，将AVSG控制与PI控制相结合，做出其伯德图与零极点图，判断控制稳定性。控制稳定性。控制稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法


[0001]本专利技术属于主动配电网系统稳定控制领域，特别涉及一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法。

技术介绍

[0002]随着近百年来的工业水平的发展，各国的能源需求量不断上升，但化石能源在地球上的存量有限并且化石能源的使用会给环境带来巨大的影响。在近百年的大量化石能源的使用下，气候变化已经是在使用能源中不可忽视的重要因素。随着能源安全和气候变化的不断增压下，加快从化石能源向可再生能源的转型。如风电，光伏能源等可再生能源在最近几十年得到了飞速发展，这种分布式储能单元的并网是不可避免的，但在其并入电网时会产生一系列问题。
[0003]主动配电网中包含大量的光伏，风电，储能元件等分布式电源，电力系统在进行运行规划和稳定性分析时，可再生能源所导致的电力系统不稳定性将会提高稳定性分析时的难度。此外，随着可再生能源的并网，由于主动配电网与传统电网在结构组成上存在巨大的差异，这种差异将会被无限放大，比如在主动配电网中的分布式电源不能直接进行能量传递，而是需要通过电力电子变换器作为中间环节。电力电子变换器虽然很好控制并且使用时非常灵活，但由电力电子变换器组成的直流配电网因为惯量很低，在面对比如风能和太阳能等提供不稳定电压的新能源时，主动配电网的母线电压会产生剧烈变化，电压的突变不仅会影响电能质量，也会对电力电子元件产生巨大损耗。在主动配电网的发展快速发展中，分布式电源因为其低惯量，微阻尼的特点，造成的电网稳定性较差的问题日益显现。并且随着主动配电网的分布扩展，以分布式电源为主要能量来源的主动配电网系统因惯量和阻尼缺失所引起的稳定性问题尤为突出。其中，主动配电网较为严重的是频率稳定性问题，而本专利技术主要研究的含智能软开关的主动配电网的主要问题在于稳定性。直流母线电压是衡量配电网稳定运行的唯一指标，更是判断电能质量的唯一依据。
[0004]综上所述，在分布式能源广泛接入的背景下，为了提高直流配用电系统稳定性，充分发挥直流配用电系统优势，需要给出一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法。

技术实现思路

[0005]为了解决直流配用电系统存在的稳定问题，本专利技术提出一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法，该方法适用于主动配电网中，能够提高主动配电网运行的稳定性、安全性和可靠性，实现电能的高效、高质量稳定供应。技术方案如下：
[0006]一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法，包括下列步骤：
[0007]步骤1：建立直流配电网的AVSG控制方程
[0008]将直流配电网中直流侧的boost换流器中的电容器类比做虚拟同步发电机中的转子，在功率发生波动时，吸收或者放出电能，以此达到稳定电压的效果。类比交流系统中转
子转速变化时频率与功率的关系，得到电流关系式如下：
[0009][0010]式中：Δi为惯性电流；i
in
为输入电流；i
d
为电阻电流；u
dc
为AVSG的输出电压；i
dc
为输出电流；C
vir
为虚拟惯性时间常数。并以电容的无功功率类比电机中的转子动能，得到如下直流配电网的AVSG控制方程：
[0011][0012]式中：k
droop
为I
‑
U下垂系数；k
D
为电压阻尼系数；u
N
为额定电压，类比虚拟同步电机中转子惯性环节中的额定角速度的额定电压；将直流母线电压u
dc
作为反馈信号引入一次调压与阻尼环节中，采用I
‑
U下垂控制。输出电压作为AVSG控制中电压外环电压的参考值，使换流器的直流侧母线电压u
dc
跟踪直流侧母线电压的参考值
[0013]步骤2：针对AVSG控制中使用的boost换流器，基于小信号模型分析，得到boost变换器在一个开关周期内运行的状态平均方程，给出传递函数计算公式
[0014]设定条件：开关器件是理想型的，并且可以在瞬间完成开通和关断状态的切换；变换器在连续导电下运行；交流小信号的频率和变换器固有转折频率小于开关频率；直流配电网中各变量的交流分量的幅值小于其直流分量，根据开关元件的开关状态，建立小信号模型，得到boost变换器在一个开关周期内运行的状态平均方程：
[0015][0016]式中，L是电感，R是负载电阻，C是滤波电容；d为占空比，﹤﹥表示对相应物理量的求平均符号，电感电流用i
L
表示、电容电压用v
o
表示、输入电源电压用v
in
表示。
[0017]获得占空比—电容电压传递函数G
vd
(s)、占空比—电感电流传递函数G
id
(s)和电感电流—输出电压的传递函数G
P
(s)：
[0018][0019][0020][0021]式中，D是boost变换器稳态下的占空比，V
o
是boost变换器稳态下的输出电压。
[0022]步骤3：通过对PI控制中比例系数与积分系数的分析，将AVSG控制与PI控制结合在
一起，通过MATLAB做出其伯德图与零极点图，判断控制稳定性
[0023]直流配电网接入AVSG控制后，得到系统闭环传递函数G(s)如下：
[0024][0025]G
id
(s)为占空比至电感电流的传递函数；G
P
(s)为电感电流至输出电压的传递函数；G
i
(s) 是PI控制电流内环的传递函数、G
v
(s)是PI控制电压外环传递函数，电压环传递函数 G
v
(s)＝k
pv
+k
iv
/s，k
pv
为电压环比例控制参数，k
iv
为电压环积分控制参数；电流内环也采用PI控制，其传递函数G
i
(s)＝k
pi
+k
ii
/s，k
pi
为电流环比例控制参数，k
ii
为电流环积分控制参数。
[0026]做出伯德图与零极点图；根据实际运行参数，进行阻性负载下的仿真验证，判断接入 AVSG控制的直流配电网的控制稳定性。
附图说明
[0027]图1为AVSG控制加入双闭环控制后的传递函数方框图
[0028]图2为boost换流器的拓扑结构
[0029]图3为G(s)的伯德图
[0030]图4为G(s)的零极点图
具体实施方式
[0031]以下将结合附图及具体实施，对本专利技术提出的基于智能软开关的混合储能系统功率分配策略进行详细说明。
[0032](1)通过对交流配电网的VSG控制分析引出直流配电网的AVSG控制，结合VSG控制的方程推导出直流配电网的AVSG控制方程，推导出系统的传递函数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能软开关的主动配电网稳定性控制方法，包括下列步骤：步骤1：建立直流配电网的AVSG控制方程将直流配电网中直流侧的boost换流器中的电容器类比做虚拟同步发电机中的转子，在功率发生波动时，吸收或者放出电能，以此达到稳定电压的效果；类比交流系统中转子转速变化时频率与功率的关系，得到电流关系式如下：式中：Δi为惯性电流；i
in
为输入电流；i
d
为电阻电流；u
dc
为AVSG的输出电压；i
dc
为输出电流；C
vir
为虚拟惯性时间常数；并以电容的无功功率类比电机中的转子动能，得到如下直流配电网的AVSG控制方程：式中：k
droop
为I
‑
U下垂系数；k
D
为电压阻尼系数；u
N
为额定电压，类比虚拟同步电机中转子惯性环节中的额定角速度的额定电压；将直流母线电压u
dc
作为反馈信号引入一次调压与阻尼环节中，采用I
‑
U下垂控制；输出电压作为AVSG控制中电压外环电压的参考值，使换流器的直流侧母线电压u
dc
跟踪直流侧母线电压的参考值步骤2：针对AVSG控制中使用的boost换流器，基于小信号模型分析，得到boost变换器在一个开关周期内运行的状态平均方程，给出传递函数计算公式设定条件：开关器件是理想型的，并且可以在瞬间完成开通和关断状态的切换；变换器在连续导电下运行；交流小信号的频率和变换器固有转折频率小于开关频率；直流配电网中各变量的交流分量的幅值小于其直流分量，根据开关元件的开关状态，建立小信号模型，得到boost变换器在一个开关周期内运行的状态平均方程：式中，L是电感，R是负载电阻，C是滤波电容；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，傅守强，姜宇，石振江，陈翔宇，王畅，张立斌，郭昊，敖翠玲，谢景海，刘素伊，许芳，田镜伊，高杨，付玉红，仝冰冰，赵旷怡，陈蕾，王守鹏，孙密，郭嘉，卢诗华，苏东禹，肖巍，许颖，张金伟，李栋梁，刘洪雨，
申请(专利权)人：北京京研电力工程设计有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：