[发明专利]一种基于阻抗分解的直流变换器并联系统稳定性判据方法

说明书

本发明公开了一种基于阻抗分解的直流变换器并联系统稳定性判据方法，属于电力系统技术领域。稳定性判据方法具体为：首先确定直流变换器并联系统中公共分析节点处直流母线电压数学模型；接着基于奈奎斯特稳定性定理，提出根据源荷级联系统阻抗判定系统稳定性的方法；最后确定源荷级联系统失稳频率处导致失稳的主导子系统，并对源荷级联系统稳定性纠正。本发明可在宽频域范围内实现直流配电系统阻抗稳定性判断，从正负阻尼和谐振源两个角度对系统稳定性进行分析，并从物理本质方面对失稳进行解释，为阻抗重塑提供指导。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种基于阻抗分解的直流变换器并联系统稳定性判据方法。

背景技术

在直流微电网中，存在大量电力电子元器件、电机以及经电力电子变换器接入直流母线的负载。由开关电力电子元器件组成的开关电源装置因在运行过程中开关特性以及闭环控制的影响，导致电力电子电源或负载装置的输入和输出阻抗特性呈现非线性特性。特别地，为确保快速响应特性，电力电子负载由于负反馈的引入，使其自身输入阻抗特性呈现负阻抗特性。随着直流配电系统中电力电子装置增加，具有不同输入和输出阻抗特性的子系统之间相互作用加剧了直流微电网阻抗稳定性分析复杂性，进而使得整个系统的稳定性难以分析，也难以确保。在复杂直流配电系统中当发生扰动时，可能会造成直流微电网电压振荡性失稳甚至崩溃，所以直流微电网稳定性分析极为重要。因阻抗交互而产生振荡或失稳现象一个重要特点是即使系统中单个变换器是稳定的，但整个直流母线电压的振荡乃至失稳也会自发产生。在研究这种因阻抗不匹配导致振荡或失稳现象中，阻抗稳定性分析方法是一种常用分析手段，相对于状态空间分析方法，其优势在于物理概念清晰、建模方法灵活以及端口阻抗特性可以直接测量。

现有直流配电系统稳定性判定中，通常将源变换器阻抗特性用bode图表示，直流配电系统可通过判断电源输出阻抗和负载输入阻抗幅频特性曲线有无交接、及交接处相位差来判断直流配电系统稳定性。这类稳定性判据要求源变换器阻抗幅值大于负载变换器阻抗幅值，或在源变换器阻抗幅值小于负载变换器阻抗幅值频率范围内源变换器阻抗幅值与负载变换器阻抗幅值相位差不超过180°；这类稳定性判据为非充要稳定性判据，通过结合幅值和相位差来判断稳定性，其直观性有待加强，且不能准确反映阻抗不匹配失稳的本质，尤其是在直流配电系统的中接入多台变换器时，其稳定性分析和判断更加难以保证。

发明内容

本发明提供一种基于阻抗分解的直流变换器并联系统稳定性判据方法，解决现有技术中阻抗分析在直流配电系统中准确性低、物理机理不明确、难以找寻到系统薄弱环节以及因阻抗不匹配失稳振荡中正负阻尼难以量化的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种基于阻抗分解的直流变换器并联系统稳定性判据方法，主要包括以下步骤：

步骤S1：确定直流变换器并联系统中公共分析节点处直流母线电压数学模型；

步骤S2：基于奈奎斯特稳定性定理，提出根据源荷级联系统阻抗判定系统稳定性的方法，确定导致级联系统的失稳频率；

步骤S3：确定源荷级联系统失稳频率处导致失稳的主导子系统，并对源荷级联系统稳定性纠正。

进一步的，所述步骤S1具体为：

对于多台直流变换器接入直流配电网确定公共分析节点；在公共分析节点根据功率流向将直流变换器划分为源变换器和负载变换器，进而将直流配电网简化为源子系统和负载子系统的源荷级联系统；则公共分析节点处直流母线电压V_bus(s)的数学模型为

式中，V_o1(s)为源变换器开路输出电压，Z_in(s)是负载子系统输入阻抗，Z_os(s)为源子系统等效阻抗，其数学模型为

Z_os(s)＝Z_o1(s)+Z_line1(s)