本技术提供一种适用于分布式直流微电网的高阶阻抗建模及稳定性分析方法,包括:基于下垂控制原理和端口功率守恒原理,建立直流微电网中AC/DC接口变换器单元的三阶阻抗模型,其三阶阻抗矩阵的主对角元素中包含dq交流阻抗、直流阻抗,次对角元素包含交流耦合项、交直流耦合项;建立直流微电网中交流网侧阻抗模型;建立直流微电网中直流网侧阻抗模型;合并交流网侧阻抗模型和直流网侧阻抗模型,获得网侧的三阶阻抗矩阵模型;整合AC/DC接口变换器单元的三阶阻抗模型和网侧的三阶阻抗矩阵模型整合,获得直流微电网的高阶阻抗模型。本发明提升模型的精确度,减少对系统特性的忽略,深入揭示了直流微网中交流侧以及直流侧耦合关系。
背景技术
微电网是由分布式电源、储能设备和电力负载组成的局部电力系统,能够独立或并网运行,具有灵活性和高效性的特点。
它能够增强电网的可靠性和能效,同时支持可再生能源的集成与使用,特别适用于偏远地区、工业园区等场景。相较于交流微电网,直流微电网具有多个显著优势。首先,直流微电网消除了频率同步问题,简化了功率变换环节,减少了能量损耗。其次,直流系统能够更高效地与太阳能、风能等可再生能源及储能系统直接对接,从而提升能源利用效率。此外,直流微电网的控制结构相对简单,能够实现更快的响应速度和更精确的功率控制,尤其适用于电动汽车、多电/全电飞机等需要稳定电压供电的场景。
直流微电网的显著特点是分散化,即系统中包含多个分布式电源,每个发电通道独立为微网中的多样化负载供电。由于其分布式结构,需要合理的控制策略,以确保各发电通道的功率分配均衡,并稳定直流母线的电压等级。在集中式、分布式和分散式控制策略中,分散式下垂控制最适合直流微电网的控制需求。该策略的优势在于无需发电单元之间进行本地信息交换,只需在每个本地控制器中引入下垂控制模块,即可实现多源功率的均衡分配,且确保系统运行的灵活性与稳定性。
由于下垂控制的应用,直流微电网中引入了系统非线性和复杂的动态特性。为了确保系统的可靠性与高效性,必须进行全面、准确的建模与分析。典型的直流微电网电源包括发电机、光伏系统、储能装置及其他分布式能源。对于直流电源如光伏和电池的建模方式已相对成熟,但对于发电机而言,由于大多数发电机以交流形式输出,需要通过AC/DC接口整流器将电能变换后供给直流母线,其建模过程较为复杂,因此并不完善。
当前,AC/DC功率变换单元的建模主要采用小信号阻抗建模方法,通过功率守恒关系将系统特性等效到直流侧,以传递函数形式建立一阶阻抗模型。然而,这种建模方法存在一定局限性。首先,传统模型通常仅考虑有功功率控制的d轴特性,忽略了无功功率控制的q轴特性。其次,一阶阻抗模型虽然简化了系统的复杂性,但无法捕捉到交流dq轴之间的耦合关系,也难以体现交流与直流的耦合动态。而二阶dq阻抗模型和正负序阻抗建模方法则偏重于揭示交流特性,更适合逆变系统,对直流微电网的阻抗建模并不适用。同时,传统的建模方法通常将系统的交流或直流特性统一到一侧进行处理。虽然这种方法可以得到一个完整的系统模型,但这种统一化的模型存在一个显著问题:无论在源侧、负载侧,还是在功率变换器发生任何扰动时,模型都可能失去准确性,导致该模型不再适用,进而需要对整个系统重新建模。这种局限性大大增加了模型的复杂性与维护成本,尤其是在微电网中,频繁的负载变化或多源接入使得这种统一化建模方法难以满足实际需求。通过上述问题可知,直流微电网的建模需要在保持简化与提升准确性之间寻求平衡,以更好反映系统的实际运行状态。
实现思路