CN110011295B - 一种分布式直流电网的稳定性分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式直流电网的稳定性分析方法及系统，包括：基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建。本发明明确提供了一种分析由DC/DC变换器组建的直流电网的稳定性，避免电网系统发生负载突变、电源波动或系统发生扰动等故障时，导致电网系统停机保护，保证了电网系统供电的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及分布式直流电网，具体涉及一种分布式直流电网的稳定性分析方法及系统。
背景技术
目前，因为节能环保的理念逐渐加深，分布式直流电网应用越来越广泛，尤其是包含大量新能源发电设备和电力电子负载的直流电网已经是未来电网发展的一个方向。新能源发电设备包括生物能发电、燃气轮机、太阳能发电和光伏电池、燃料电池、风能发电、微机燃气轮机以及内燃机等。大量电力电子设备组成的直流电网，在直流电网系统稳定裕度比较小的情况下，当电网系统负载突变或者电源波动，尤其是当系统发生扰动时，极易发生振荡失稳现象，导致电网系统停机保护，影响供电的可靠性，所以分析直流电网系统的稳定性，有利于预防电网系统停机等，但直流电网系统整体的稳定性分析需要考虑各个设备级联后相互作用对稳定性的影响。
目前，级联系统稳定性分析方法主要有电压源级联系统和电流源并网系统分析方法，而这些方法仅针对单个变流器并网或者级联的系统。在多逆变器多负载的直流电网系统，提出了采用电压控制和电流控制作为划分依据，将设备分为两类，并进行阻抗分析和稳定性分析，但这种方法的物理过程和具体的建模方法并不明确。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的电网系统稳定性判断问题，本发明提供了一种分布式直流电网的稳定性分析方法及系统，从直流电网的物理结构入手，运用线性定理的有关内容，对直流分布式电网的稳定性进行分析并得到具体判据，本发明提供的分析过程具备一定的普遍意义，可以应用在类似的系统分析中。
本发明提供的技术方案是：一种分布式直流电网的稳定性分析方法，包括：
基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；
对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建。
优选的，所述稳定性分析模型的构建，包括：
将所述分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路；
基于每一个DC/DC电路的控制模式构建小信号阻抗电路，获得DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗；
基于所有DC/DC电路的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗构建小信号线性化电路；
将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数。
优选的，所述小信号阻抗电路的构建，包括：
将所述电力电子变压器等效的DC/DC电路采用降压斩波器buck电路进行控制；
将所述光伏发电系统等效的DC/DC电路采用升压斩波器boost电路进行控制；
将所述储能系统等效的DC/DC电路采用buck-boost电路进行控制；
对boost电路和buck电路分别进行线性化处理，获得对应的小信号阻抗电路。
优选的，所述对boost电路和buck电路分别进行线性化处理，获得对应的小信号阻抗电路，包括：
分别绘制boost电路或buck电路在不同开关状态下的等效电路图；
基于各开关状态下的等效电路图，建立各开关状态对应的微分方程；
对各开关状态的微分方程采用开关周期平均算法，得到状态空间平均方程；
对各状态空间平均方程用交流小信号方法进行线性化处理，得到线性化方程组；
基于所述线性方程组绘制boost电路对应的小信号阻抗电路或buck电路对应的小信号阻抗电路。
优选的，所述为分布式直流电网中的每一个DC/DC电路构建小信号阻抗电路，获得每一个DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗，包括：
基于boost电路的小信号阻抗电路，获得开环输出阻抗和闭环输出阻抗；
基于buck电路的小信号阻抗电路，获得闭环输出阻抗。
优选的，所述基于boost电路的小信号阻抗模型，获得开环输出阻抗和闭环输出阻抗，包括：
将boost电路小信号阻抗模型中的电压源和电流源置零，得到输出阻抗测量电路；
基于所述输出阻抗测量电路得到boost电路的开环输出阻抗；
基于boost电路在直流分布式电网中采用电流控制闭环控制系统，获得电流闭环控制框图；
基于所述电流闭环控制框图得到boost电路的闭环输出阻抗。
优选的，所述基于buck电路的小信号阻抗模型，获得闭环输出阻抗，包括：
基于电流控制下的buck电路小信号阻抗模型，得到buck电流控制闭环框图；
基于buck电流控制闭环框图，得到buck电流控制的闭环输出阻抗；
基于电压控制下的buck电路小信号阻抗模型，获得电压控制闭环框图；
基于电压控制闭环框图，得到buck电压控制的闭环输出阻抗。
优选的，所述将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数，包括：
在所述小信号线性化电路中将每一个DC/DC电路作为一个激励源；
将直流母线电压作为控制对象，当各激励源单独激励时，获得直流母线电压的响应；
将所有激励源对直流母线电压的响应叠加，获得所述直流母线电压实际响应的表达式；
将每一个DC/DC电路的电流作为控制对象，当各激励源单独激励时，获得每一个DC/DC电路电流响应的表达式；
将直流母线电压实际响应表达式和每一个DC/DC电路电流响应表达式中的分母作为开环等效传递函数。
优选的，所述开环等效传递函数，如下式所示：
F＝(Y1+Y2+......+Yn)Z
式中：F：开环等效传递函数；(Y1+Y2+......+Yn)Z：直流母线电压实际响应表达式和每一个DC/DC电路电流响应表达式中的分母；Yn：第n个DC/DC电路的输出阻抗；Z：输入阻抗。
优选的，所述对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性，包括：
将输入输出阻抗对应的开环等效传递函数进行变换得到判据表达式；
基于所述判据表达式绘制奈奎斯特曲线；
基于所述奈奎斯特曲线确定分布式直流电网的稳定性。
优选的，所述判据表达式，如下式所示：
式中，Rp：p个零点；Pq：q个极点；S：中间变量。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种分布式直流电网的稳定性分析系统，包括：
获取模块，用于基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；
确定模块，用于对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建。
优选的，所述系统还包括，构建模块，用于构建稳定性分析模型；
所述构建模块包括：
等效子模块，用于将所述分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路；
获取子模块，用于基于每一个DC/DC电路的控制模式构建小信号阻抗电路，获得DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗；
构建子模块，用于基于所有DC/DC电路的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗构建小信号线性化电路；
分析子模块，用于将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案，基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建，明确提供了一种分析由DC/DC变换器组建的直流电网的稳定性，避免电网系统发生负载突变、电源波动或系统发生扰动等故障时，导致电网系统停机保护，保证了电网系统供电的稳定性。
本发明提供的系统稳定性判据的推导具有重要的理论和现实意义。
本发明提供的技术方案，分析了分布式直流电网系统稳定性并提前预知系统中的不稳定频率点，当直流电网系统不稳定时，可以通过调整系统参数或者DC-DC变流器参数来提高系统稳定性
附图说明
图1为本发明的一种分布式直流电网的稳定性分析方法流程图；
图2为本发明设计的直流分布式电网典型结构示意图；
图3为本发明中boost电路结构示意图；
图4为本发明的boost电路中S1闭合时的等效电路示意图；
图5为本发明的boost电路中S1断开时的等效电路示意图；
图6为本发明的boost交流小扰动线性化等效电路示意图；
图7为本发明的boost开环输出阻抗测量电路示意图；
图8为本发明的boost线性化闭环框示意图；
图9为本发明的Gid(s)求解等效电路示意图；
图10为本发明的buck小信号线性化等效电路示意图；
图11为本发明的buck电流控制闭环框示意图；
图12为本发明的buck电压闭环框示意图；
图13为本发明的分布式直流电网的小信号线性化电路示意图；
图14为本发明的DC/DC1单独激励时的等效电路示意图；
图15为本发明的DC/DC-n单独激励时等效电路示意图；
图16为本发明的DC/DC-V单独激励时等效电路示意图；
图17为本发明的分布式直流系统中输入阻抗Zu和输出阻抗Zi的幅值和角度示意图；
图18为本发明的分布式直流系统中输入阻抗Zu和输出阻抗Zi乘积的幅值和角度示意图；
图19为本发明的系统振荡现象示意图；
1-储能电池；2-电池DC/DC变换器；3-电力电子变压器的输出侧；4-直流母线；5-光伏系统的DC/DC变换器；6-光伏系统。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明的一种分布式直流电网的稳定性分析方法包括：
步骤S1、基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；
步骤S2、对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建。
本实施例针对电力电子变压器、直流分布式电源和负载的实际情况，设计了如图2所示的典型拓扑结构，并以该拓扑图为例，对本发明提供的稳定性分析方法进行详细解释。因为图2所示的拓扑结构可以代表类似直流分布式电网的一般特性，利用该拓扑结构推导的稳定性分析方法，可以推广到接入了更多设备的直流分布式电网。
本实施例通过如图2所示的拓扑结构来说明稳定性判据的推导过程，其中Buck电路为降压斩波器，指输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换；Boost电路为升压斩波器，指输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换；Buck-Boost电路——降压或升压斩波器。在图2中，直流母线电压由电力电子变压器(PET)的双向DC-DC控制；储能系统采用buck-boost实现双向电流控制；光伏系统采用boost电流控制。具体的，本实施例中分布式直流电网的稳定性判据推导思路，包括：
分布式直流电网由直流电力电子设备连接组成，分析该种类型电网的稳定性，其实是分析各种电力电子设备连接成电网后的整体稳定性。整体稳定性不是考察单个电力电子设备的稳定性，而是各种电力电子设备互相影响所造成的电网整体稳定性，本发明中采用基于小信号阻抗稳定性理论研究这种整体稳定性。使用小信号阻抗稳定性理论分析电网稳定性，首先需要建立电力电子设备的小信号阻抗电路，只有建立了线性化的小信号阻抗电路，才具备一个实用的线性化的数学模型用于稳定性分析。因此，第一步是建立典型拓扑中的两种电力电子电路(Boost电路和Buck电路)的小信号阻抗电路。
要分析整体电网的稳定性，只是具备电力电子设备的电路是不够的，需要建立整体电网的线性化电路。因此，第二步，利用已经建立的线性化的电力电子设备的小信号阻抗电路组成整个电网的小信号线性化电路，才能具备分析电网稳定性的模型基础。
有了小信号线性化电路后，可以在此基础上开展电网整体稳定性分析。但是工程实际的电网，往往接入的电力电子设备非常多，不可能按照整体电网模型开展稳定性分析，因此，第三步，结合已经建立的小信号线性化电路，采用线性叠加定理，分别分析两两设备之间的稳定性，再通过线性叠加，推导出多个设备的电网的稳定性，并最终推导出具有普遍意义的稳定性分析判据。
本实施例中，分布式直流电网稳定性分析具体包括：
步骤S1中稳定性分析模型的构建，具体包括：
第一步：建立DC-DC变流器的小信号阻抗电路
1、boost电路线性化和阻抗电路
Boost电路用于光伏发电的电流输出控制，其拓扑结构如图3所示，电路阻抗按照如下步骤进行推导：
(1)、画出不同开关状态下等效电路图；
(2)、建立各开关状态下的等效电路图的微分方程组；
(3)、对各开关状态的微分方程采用开关周期平均算法得到状态空间平均方程；
(4)、对状态空间平均方程用交流小信号方法进行线性化，得到线性化方程组；
(5)、根据得到的线性方程组绘制等效线性电路图，获得电路的开环输出阻抗和闭环输出阻抗；
首先，按照上述5个步骤对Boost电路阻抗进行分析，具体包括：
步骤(1)、boost不同开关状态下等效电路，包括：
假设S1闭合的持续时间为t→t+D·Ts，其等效电路如图4所示，根据图4可以得到在该开关状态下的微分方程如公式(1)：
S1断开的持续时间为t+D·Ts→Ts，其等效电路如图5所示,根据图5可得到在该状态下的微分方程如公式(2)所示
步骤(2)、建立各开关状态下的等效电路图的微分方程组，如下式所示：
步骤(3)、对各开关状态的微分方程采用开关周期平均算法得到状态空间平均方程，包括：
首先对两个开关状态中的电感电流微分方程进行开关周期平均运算，得到状态空间平均方程，如公式(3)：
对两个开关状态中的电容电压微分方程进行开关周期平均运算，得到状态空间平均方程，如公式(4)：
步骤(4)、对状态空间平均方程用交流小信号方法进行线性化，得到线性化方程组，包括：
对交流小信号的线性化需要对各变量都做线性化，按公式(5)所示，将各变量稳态值和小扰动值进行线性化。
首先，将公式(5)中的各个变量代入开关周期平均公式(3)，得到电感电流的表达式如公式(6)：
公式(6)中，各变量的稳态值的和等于0，同时舍去二阶扰动项，即可得到电感电流线性化小信号微分方程，如公式(7)所示：
然后，将公式(5)的各变量带入公式(4)，得到电容电压的表达式如公式(8)所示：
公式(8)中稳态变量和为0，同时舍去二阶扰动项，可得到电容电压的小扰动线性化微分方程如公式(9)所示：
最后，将公式(7)和公式(9)写到一起，就是boost电路的交流小扰动线性化微分方程组，如公式(10)所示：
步骤(5)、根据得到的线性方程组绘制等效电路图，获得电路的开环输出阻抗和闭环输出阻抗，包括：
根据公式(10)得到如图6所示的交流小扰动线性化等效电路图，将图6所示的等效电路中电压源和电流源置零，输出侧等效电压源为Vo，得到如图7所示的输出阻抗测量电路，根据图7可以得到boost电路的开环输出阻抗，如公式(11)所示：
该boost电路在直流分布式电网中作为光伏功率控制电路，采用电流闭环控制系统，结合线性系统叠加原理，可以得到如图8所示的闭环控制框图，由图8可以推导出电流控制的boost电路闭环输出阻抗如公式(12)所示：
公式(12)中，闭环输出阻抗比开关输出阻抗增大了[1+TH(s)]倍，相当于改善了电流源系统输出并联阻抗的性能，有利于系统的稳定性，后续会有相应分析。
公式(12)中T＝G(S)·1/Vm·Gid(S)的Gid(s)是未知量，需要求解，求解过程如下：
首先利用线性叠加定理，将输入电压和输出电压置零，得到图9所示等效电路，由图9得公式(13)：
省略推导过程，得Gid如公式(14)所示：
至此，boost电流控制DC-DC电路的开环输出阻抗和闭环输出阻抗分析完毕。
2、buck线性化和等效电路
buck型电路的推导过程与boost型电路类似，因此省略推导过程，直接给出电流控制的buck型DC-DC线性化小扰动微分方程组和等效电路，分别如图10和公式(15)所示。
省去推导过程，buck电流控制闭环框图如图11所示，根据图11得到闭环输出阻抗如公式(16)所示。
Buck电压控制型DC-DC是电力电子变压器输出侧电路，用于产生直流375V母线电压，提供母线上的新能源分布式电源并网电压基准。
该DC-DC电路的线性化过程和最终等效电路同第三节中的内容一样，在此不再赘述。
电压控制闭环框图如图12所示，省略推导过程，闭环输出阻抗如公式(17)所示：
3、Buck-Boost电路是Boost电路和Buck电路的结合，相当于分别构建Boost电路和Buck电路的小信号阻抗电路。
第二步：建立分布式直流电网的线性化等效框图
前述各种DC-DC电路组成分布式直流电网，以第一步所述的典型电路为例，一般的分布式直流电网包含一个电压控制的DC-DC，同时包含若干个光伏DC-DC和储能DCDC，因此建立小信号线性化电路如图13所示，根据小信号阻抗电路构建小信号线性化电路。
第三步：线性叠加定理推导稳定性判据
对图13所示的分布式直流电网采用线性叠加进行分析阻抗，根据被控对象不同划分为不同分析目标，逐个分析，统一归纳的方法，从整体电路的视角进行稳定性分析。
首先以被控对象直流母线电压U为分析对象，包括：根据线性叠加定理，U是由各激励源单独作用结果的叠加形成的最终实际响应，所以分别保留单独一个激励求U的响应。
当只有DC-DC1存在激励时，等效电路图如图14所示。
省去推导过程，可得只有DC-DC1单独激励时，响应电压U′的表达式如公式(18)所示：
只有DC-DCn单独激励时，其等效电路如图15所示，电压U″的表达式为公式(19)：
当只有DC-DCv单独激励时，等效电路如图16所示，U″′的表达式为公式(20)
被控对象为直流母线电压U的阻抗各个表达式(18)(19)(20)相加，就是直流母线电压U的实际动态响应。
仿照控制对象为U的方法分析控制对象分别为i1、i2、…in，省去分析过程，可以得到in的单独激励时的表达式分别如(21)(22)(23)所示。
综合(18)(19)(20)(21)(22)(23)可以看到，分母相同，分子不同，由于并网变流器各个单独模块都是稳定的，所以各公式分子都是稳定的，各公式稳定性都由分母决定。
将分母作为开环等效传递函数，如公式(24)所示：
F＝(Y1+Y2+......+Yn)Z1 (24)
式中：F：开环等效传递函数；Yn：第n个DC/DC电路的输出阻抗；Z1：输入阻抗。
在本实施例的图13-图16中，用Z1表示输入阻抗，在实际工程应用中输入阻抗有且仅有一个，因此也可以用Z表示输入阻抗。
步骤S2、对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性，包括：
对(24)应用奈奎斯特稳定判据，即可判断直流电网系统的稳定性。对开环等效传递函数进行多项式变换得到下列判据表达式，根据判据表达式绘制奈奎斯特曲线；
式中，Rp：p个零点；Pq：q个极点；S：中间变量。
若奈奎斯特曲线不穿过(-1，j0)点，当Z＝P-2N＝0时，则分布式直流电网稳定；
若奈奎斯特曲线穿过(-1，j0)点，则分布式直流电网临界稳定；
其中，Z：包围开环等效传递函数的零点数；P：开环传递函数的极点数；N：半闭合曲线包围(-1，j0)的圈数。
为了验证本发明的实际效果，采用阻抗测量装置，测量系统稳定性判据的实际频率响应，并分别得到阻抗的bode图和阻抗判据的bode图，如图17和图18所示。在图17中输入阻抗Zu即Z1，输出阻抗Zi即(Y1+Y2+…+YN),横坐标为频率(Frequency)，单位为HZ；纵坐标分别为幅值和角度(angle)，单位分别为dB和deg；在表示幅值和角度分别与频率的关系时，从左侧看上面的曲线是输入阻抗Zu，下面的曲线是输出阻抗Zi，在图18中纵坐标分别为输入阻抗Zu和输出阻抗Zi乘积的幅值和角度，横坐标为频率(Frequency)，单位为HZ。
从阻抗判据的bode图上可以看到，在30Hz左右Zu和Zi产生交点，并且稳定判据的模大于1，如图19所示的系统振荡图可以看出，系统在此频率出产生振荡，但是系统仍然是稳定的，因为按照奈奎斯特稳定判据系统并没有包围(-1,0)点，在图19中横坐标表示时间，纵坐标分别为电压和占空比(duty cycle)。
实施例2：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种分布式直流电网的稳定性分析系统，包括：
获取模块，用于基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；
确定模块，用于对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建。
实施例中，所述系统还包括，构建模块，用于构建稳定性分析模型；
所述构建模块包括：
等效子模块，用于将所述分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路；
获取子模块，用于基于每一个DC/DC电路的控制模式构建小信号阻抗电路，获得DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗；
构建子模块，用于基于所有DC/DC电路的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗构建小信号线性化电路；
分析子模块，用于将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式直流电网的稳定性分析方法，其特征在于，包括：
基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；
对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建；
所述稳定性分析模型的构建，包括：
将所述分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路；
基于每一个DC/DC电路的控制模式构建小信号阻抗电路，获得DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗；
基于所有DC/DC电路的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗构建小信号线性化电路；
将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数；
所述开环等效传递函数，如下式所示：
F＝(Y1+Y2+......+Yn)Z
式中：F：开环等效传递函数；(Y1+Y2+......+Yn)Zn：直流母线电压实际响应表达式和每一个DC/DC电路电流响应表达式中的分母；Yn：第n个DC/DC电路的输出阻抗；Z：输入阻抗。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小信号阻抗电路的构建，包括：
将所述电力电子变压器等效的DC/DC电路采用降压斩波器buck电路进行控制；
将所述光伏发电系统等效的DC/DC电路采用升压斩波器boost电路进行控制；
将所述储能系统等效的DC/DC电路采用buck-boost电路进行控制；
对boost电路和buck电路分别进行线性化处理，获得对应的小信号阻抗电路。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对boost电路和buck电路分别进行线性化处理，获得对应的小信号阻抗电路，包括：
分别绘制boost电路或buck电路在不同开关状态下的等效电路图；
基于各开关状态下的等效电路图，建立各开关状态对应的微分方程；
对各开关状态的微分方程采用开关周期平均算法，得到状态空间平均方程；
对各状态空间平均方程用交流小信号方法进行线性化处理，得到线性化方程组；
基于所述线性化方程组绘制boost电路对应的小信号阻抗电路或buck电路对应的小信号阻抗电路。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述为分布式直流电网中的每一个DC/DC电路构建小信号阻抗电路，获得每一个DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗，包括：
基于boost电路的小信号阻抗电路，获得开环输出阻抗和闭环输出阻抗；
基于buck电路的小信号阻抗电路，获得闭环输出阻抗。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于boost电路的小信号阻抗模型，获得开环输出阻抗和闭环输出阻抗，包括：
将boost电路小信号阻抗模型中的电压源和电流源置零，得到输出阻抗测量电路；
基于所述输出阻抗测量电路得到boost电路的开环输出阻抗；
基于boost电路在直流分布式电网中采用电流控制闭环控制系统，获得电流闭环控制框图；
基于所述电流闭环控制框图得到boost电路的闭环输出阻抗。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于buck电路的小信号阻抗模型，获得闭环输出阻抗，包括：
基于电流控制下的buck电路小信号阻抗模型，得到buck电流控制闭环框图；
基于buck电流控制闭环框图，得到buck电流控制的闭环输出阻抗；
基于电压控制下的buck电路小信号阻抗模型，获得电压控制闭环框图；
基于电压控制闭环框图，得到buck电压控制的闭环输出阻抗。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数，包括：
在所述小信号线性化电路中将每一个DC/DC电路作为一个激励源；
将直流母线电压作为控制对象，当各激励源单独激励时，获得直流母线电压的响应；
将所有激励源对直流母线电压的响应叠加，获得所述直流母线电压实际响应的表达式；
将每一个DC/DC电路的电流作为控制对象，当各激励源单独激励时，获得每一个DC/DC电路电流响应的表达式；
将直流母线电压实际响应表达式和每一个DC/DC电路电流响应表达式中的分母作为开环等效传递函数。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性，包括：
将输入输出阻抗对应的开环等效传递函数进行变换得到判据表达式；
基于所述判据表达式绘制奈奎斯特曲线；
基于所述奈奎斯特曲线确定分布式直流电网的稳定性。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判据表达式，如下式所示：
式中，Rp：p个零点；Pq：q个极点；S：中间变量。
10.一种分布式直流电网的稳定性分析系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于基于分布式直流电网的拓扑结构和预先构建的稳定性分析模型，获得开环等效传递函数；所述稳定性分析模型为，将分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路，并将所述DC/DC电路采用叠加原理进行构建；
确定模块，用于对所述开环等效传递函数应用奈奎斯特稳定判据，确定分布式直流电网的稳定性；
构建模块，用于构建稳定性分析模型；
所述构建模块包括：
等效子模块，用于将所述分布式直流电网中的电力电子变压器、光伏发电系统和储能系统分别等效为DC/DC电路；
获取子模块，用于基于每一个DC/DC电路的控制模式构建小信号阻抗电路，获得DC/DC电路对应的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗；
构建子模块，用于基于所有DC/DC电路的开环输出阻抗和/或闭环输出阻抗构建小信号线性化电路；
分析子模块，用于将组成所述小信号线性化电路中的每一个DC/DC电路基于不同的被控对象进行叠加分析，获得开环等效传递函数；
所述开环等效传递函数，如下式所示：
F＝(Y1+Y2+......+Yn)Z
式中：F：开环等效传递函数；(Y1+Y2+......+Yn)Zn：直流母线电压实际响应表达式和每一个DC/DC电路电流响应表达式中的分母；Yn：第n个DC/DC电路的输出阻抗；Z：输入阻抗。
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