评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种评估级联式充电站接入交直流系统稳定性影响的方法，涉及电力系统技术领域。本发明专利技术通过单台电动汽车充电站的线性化模型进一步得到级联式电动汽车充电站传递函数，从而得到以交直流系统为前馈环节、线路参数和级联式电动汽车充电站为反馈环节的闭环系统，继而通过闭环系统得到级联式电动汽车充电站向交直流系统提供的阻尼，最终实现基于阻尼大小判断交直流系统稳定性，既克服了时域仿真法不能量化稳定性影响的缺陷和模式分析法在高阶系统带来的求解困难的难题，通过处理反馈环节得到级联式电动汽车充电站对交直流系统的阻尼贡献，避免了直流线路的影响，有效提高了建模准确度和适应性。提高了建模准确度和适应性。提高了建模准确度和适应性。

【技术实现步骤摘要】
评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，更具体地说涉及一种评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法。

技术介绍

[0002]环境污染问题是全球广泛关注的话题，传统机动汽车带来的排放污染给环境造成严重危害，作为一种有效的解决方案，电动汽车孕育而生，近年来，其配套技术逐渐完善，并大量投入市场使用，得到了迅速发展。随着接入直流网络的电动汽车数量的增加，预计随着直流电网的部署，拥有大量电动汽车的电网将成为配电网的重要组成部分，学者们对电动汽车充电站进行了许多研究，其目的是得到更稳定的电源。首先是电动汽车充电站规划的优化，如优化经济、控制和可靠性，主要是为了在规划时考虑经济和交通因素来降低成本。
[0003]然而，在传统方法中，每个电动汽车充电站只包含一个DC/DC变换器，并使用到交直流网络的并联连接。单并行连接的电动汽车充电站体积庞大，价格昂贵，并且在任何给定时间只能支持一辆电动汽车的服务。因此，提出了一种扩展容量和降低成本的级联连接，为电动汽车充电站中的DC/DC变换器提供了一种新的、更高效的连接方式。此处，DC/DC变换器采用级联方式连接，即一个电动汽车充电站包含多个DC/DC变换器和多台电动汽车的服务，即级联式电动汽车充电站，目前对级联式电动汽车充电站的建模较少，且为了得到其对交直流系统稳定性的影响，需要建立其传递函数模型，如何将多电动汽车充电站整体转化为单输入单输出的传递函数形式是一个难题。此外，级联连接的可靠性仍有待提高，电动汽车的数量、充放电等都会对稳定性造成影响，需要对级联式电动汽车充电站接入对系统稳定性的影响进行探究。
[0004]目前在对级联式电动汽车充电站接入对交直流系统稳定性的影响研究还存在尚未解决的问题，如基于传统的稳定性方法，时域仿真、模式分析等，难以揭示系统失稳机理，高阶系统出现维数灾等，且目前研究更多基于简单的电动汽车充电站并联接入，对级联式电动汽车充电站的动态建模研究不充分。
[0005]在稳定性分析方法方面，时域分析法、模式分析法以及频域分析法仍然具有普适性，但时域仿真法难以提供量化分析结果，模式分析法在面临高阶系统时存在计算量大甚至维数灾问题，无法准确揭示级联式电动汽车充电站对交直流系统稳定性的影响机理，这两种方法都难以量化级联式电动汽车充电站对交直流系统稳定性的影响。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，本专利技术的专利技术目的在于明确级联式电动汽车充电站对系统稳定性的影响。本专利技术通过单台电动汽车充电站的线性化模型进一步得到级联式电动汽车充电站传递函数，从而得到以交直流系统为前馈环节、线路参数和级联式电动汽车充电站为反馈环节的闭环系统，继而通过闭环系统得到级联式电动汽车充电站向交直流
系统提供的阻尼，最终实现基于阻尼大小判断交直流系统稳定性，既克服了时域仿真法不能量化稳定性影响的缺陷和模式分析法在高阶系统带来的求解困难的难题，通过处理反馈环节得到级联式电动汽车充电站对交直流系统的阻尼贡献，避免了直流线路的影响，有效提高了建模准确度和适应性，并验证了所提方法的正确性，从系统稳定性层面为级联式电动汽车充电站的规划提供了理论参考。
[0007]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的。
[0008]本专利技术提供了一种评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，该方法包括以下步骤：
[0009]S1、基于级联式储能网络图和储能DC/AC换流器定电压控制，建立单台电动汽车充电站的线性化模型；
[0010]S2、根据建立的单台电动汽车充电站线性化模型，得到级联式电动汽车充电站全阶线性化模型和传递函数；
[0011]S3、基于级联式储能网络图得到交直流系统线性化模型；
[0012]S4、将级联式电动汽车充电站传递函数与交直流线性化模型相结合，得到以交直流系统为前馈环节、线路参数和级联式电动汽车充电站为反馈环节的闭环系统；
[0013]S5、基于闭环系统得到反馈环节向交直流系统提供的阻尼；
[0014]S6、根据反馈环节向系统提供的阻尼，进一步得到级联式电动汽车充电站向交直流系统提供的阻尼；
[0015]S7、根据级联式电动汽车充电站向交直流系统提供的阻尼值，判断交直流系统稳定性状态，并验证方法正确性。
[0016]进一步优选的，S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为
[0017][0018][0019][0020][0021][0022]Δd
i
＝Δx
il
+K
ip
(Δx
vl
‑
K
vi
ΔV
di
‑
ΔI
di
)
[0023][0024]式中，Δ表示标量的线性化形式，下标0表示变量的稳态值，V
dc
表示级联式电动汽车充电站与直流网络的直流电压，I
dc
表示级联式电动汽车充电站与直流网络的直流电流，C
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电容；I
dci
为电容C
fi
输入侧的电流，I
fi
表示电容C
fi
输出侧的电流，V
fi
表示第i个模块输入侧滤波器的电容C
fi
的电压，L
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电感，R
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电阻，N表示模块数量，C
di
为第i个模块输出侧滤波器的
电容，V
di
为第i个模块输出侧的电容电压，I
Li
为第i个模块输出侧电容C
di
注入的直流电流，I
di
为第i个模块输出侧电容C
di
输出的直流电流，I
bi
为第i个模块充电站电池内部电流,K
vp
为直流电压控制的比例系数，K
vi
为直流电压控制的积分系数，K
ip
为直流电流控制回路的比例系数，K
ii
为直流电流控制回路的积分系数，d
i
是第i个模块的占空比，x
vl
、x
il
为中间变量，R
di
为第i个模块与电动汽车连接线的电阻，上标ref为变量的参考值。
[0025]更进一步优选的，S1步骤中，级联式电动汽车充电站与直流网络的连接变量为直流电压V
dc
和直流电流I
dc
，级联式电动汽车充电站由N个模块组成，每个模块都是一个独立的DC/DC换流器，用于电动汽车充放电；其中车用蓄电池内阻模型采用：第i个电池的直流电压为V
ei
，内阻为R
ei<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、基于级联式储能网络图和储能DC/AC换流器定电压控制，建立单台电动汽车充电站的线性化模型；S2、根据建立的单台电动汽车充电站线性化模型，得到级联式电动汽车充电站全阶线性化模型和传递函数；S3、基于级联式储能网络图得到交直流系统线性化模型；S4、将级联式电动汽车充电站传递函数与交直流线性化模型相结合，得到以交直流系统为前馈环节、线路参数和级联式电动汽车充电站为反馈环节的闭环系统；S5、基于闭环系统得到反馈环节向交直流系统提供的阻尼；S6、根据反馈环节向系统提供的阻尼，进一步得到级联式电动汽车充电站向交直流系统提供的阻尼；S7、根据级联式电动汽车充电站向交直流系统提供的阻尼值，判断交直流系统稳定性状态，并验证方法正确性。2.如权利要求1所述的评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为征在于：S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为征在于：S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为征在于：S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为征在于：S1步骤中，单台电动汽车充电站的线性化模型为Δd
i
＝Δx
il
+K
ip
(Δx
vl
‑
K
vi
ΔV
di
‑
ΔI
di
)式中，Δ表示标量的线性化形式，下标0表示变量的稳态值，V
dc
表示级联式电动汽车充电站与直流网络的直流电压，I
dc
表示级联式电动汽车充电站与直流网络的直流电流，C
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电容；I
dci
为电容C
fi
输入侧的电流，I
fi
表示电容C
fi
输出侧的电流，V
fi
表示第i个模块输入侧滤波器的电容C
fi
的电压，L
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电感，R
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电阻，N表示模块数量，C
di
为第i个模块输出侧滤波器的电容，V
di
为第i个模块输出侧的电容电压，I
Li
为第i个模块输出侧电容C
di
注入的直流电流，I
di
为第i个模块输出侧电容C
di
输出的直流电流，I
bi
为第i个模块充电站电池内部电流，K
vp
为直流电压控制的比例系数，K
vi
为直流电压控制的积分系数，K
ip
为直流电流控制回路的比例系数，K
ii
为直流电流控制回路的积分系数，d
i
是第i个模块的占空比，x
vl
、x
il
为中间变量，R
di
为第i个模块与电动汽车连接线的电阻，上标ref为变量的参考值；
S1步骤中，级联式电动汽车充电站与直流网络的连接变量为直流电压V
dc
和直流电流I
dc
，级联式电动汽车充电站由N个模块组成，每个模块都是一个独立的DC/DC换流器，用于电动汽车充放电；其中车用蓄电池内阻模型采用：第i个电池的直流电压为V
ei
，内阻为R
ei
；各电动汽车电流关系有I
dc1
＝I
dc2
＝I
dc3
＝
…
＝I
dci
＝
…
＝I
dcN
(2)；其中，I
dci
为第i个模块输入侧滤波器的电容C
fi
的电流，滤波器的动力学方程为的电流，滤波器的动力学方程为其中，V
dc
为级联式电动汽车充电站与直流网络的直流电压；V
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电容C
fi
的电压；L
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电感；R
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电阻；变量C
fi
为第i个模块输入侧滤波器的电容；I
fi
为电容C
fi
输出的直流电流；得到电池侧的动力学方程为其中，C
di
为第i个模块输出侧的电容，V
di
为第i个模块输出侧的电容电压，I
Li
和I
bi
分别为第i个模块输出侧电容注入和输出的直流电流。3.如权利要求1或2所述的评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：级联式电动汽车充电站采用直流母排电压恒定的控制方式，电池电流恒定作为基本控制策略，实现模块的独立控制；级联式电动汽车充电站的控制策略中的其他状态变量有实现了滤波器动力学方程与电池动力学方程之间的连接，即I
fi
＝d
i
I
Li
，d
i
V
fi
＝R
di
I
Li
+V
di
ꢀꢀꢀ
(7)；其中，K
vp
为直流电压控制的比例系数，K
vi
为直流电压控制的积分系数，K
ip
为直流电流控制回路的比例系数，K
ii
为直流电流控制回路的积分系数，d
i
是第i个模块的占空比，x
vl
、x
il
为中间变量，R
di
为第i个模块与电动汽车连接线的电阻，上标ref为变量的参考值。4.如权利要求1或2所述的评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：S2步骤中，级联式电动汽车充电站全阶线性化模型为式中，X
s
为状态变量矩阵，ΔX
s
＝[ΔV
f1
,...,ΔV
fN
,ΔI
dc
,ΔV
d1
,...,ΔV
dN
,Δx
vl
,Δx
il
]，A
s
为状态矩阵，b
s
为输入矩阵，c
s
为输出矩阵；由上述级联式电动汽车充电站全阶线性化模型可得出级联式电动汽车充电站的传递函数为ΔI
dc
＝c
s
(sI
‑
A
s
)
‑1b
s
ΔV
dc
＝G
e
(s)ΔV
dc
ꢀꢀꢀ
(9)，G
e
(s)为级联式电动汽车充电站的阻抗表示形式。5.如权利要求1所述的评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：S3步骤中，级联式电动汽车充电站接入交直流系统中，公共连接点处的电压方向，V
s
为交流母线电压，取AC/DC变换器d
‑
q坐标的d轴方向，V
sq
＝0，V
sd
＝V
s
，得到ΔP
s
＝I
sd0
ΔV
s
+V
s0
ΔI
sd
＝I
l0
ΔV
l
+V
l0
ΔI
l
ꢀꢀꢀ
(10)，其中，P
s
为线路有功功率，I
sd
为交流系统d轴电流，I
l
为级联式电动汽车充电站流入DC/AC换流器电流，V
l
为DC/AC端口电压，下标0为某变量在稳态时的值。6.如权利要求5所述的评估级联式充电站接入对交直流系统稳定性影响的方法，其特征在于：S3步骤中，交...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖先勇，李颜鑫，汪颖，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：