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专利号: 2021105949427
申请人: 北方工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性互联装置控制策略的优化方法,包括:根据柔性互联装置模型,分别构建储能单元充电模式和放电模式下微电网系统的非线性模型,其中,所述储能单元包括所述柔性互联装置;

基于所述微电网系统的非线性模型,确定所述储能单元充电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型,以及确定所述储能单元放电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型;

根据所述非线性能量函数模型、混合势函数稳定性定理以及交流恒功率负载动态特性,得到所述储能单元充电模式下所述柔性互联装置的控制策略,以及得到所述储能单元放电模式下所述柔性互联装置的控制策略。

2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述储能单元充电模式下所述柔性互联装置的控制策略的表达式为:

其中,P表示交流恒功率负载功率,Cs表示滤波电容,V1表示滤波电容两端的电压,R表示交流侧阻性负载,Pb2表示储能单元与储能变流器DC/DC环节及其控制单元所等效的恒功率负载的功率,id表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电流在d轴上的投影,kip表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器表示电流内环的比例环节系数,kvp表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电压外环的比例环节系数,vdc表示直流侧电压,vd表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电压的d轴分量,Cdc表示直流侧稳压电容,Rs表示滤波电感的等效电阻,R1表示网侧等效电阻,L1表示网侧等效电感。

3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述储能单元放电模式下所述柔性互联装置的控制策略的表达式为:

其中,Pb1表示储能单元与储能变流器DC/DC环节及其控制单元所等效的受控电流源的功率。

4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述储能单元充电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型的表达式为:

其中,ed表示光伏微源与大电网共同等效的电压源电压,i2表示流过网侧电感的电流,R1表示网侧等效电阻,i1表示流过滤波电感的电流,Rs表示滤波电感的等效电阻,V1表示滤波电容两端的电压,P表示交流恒功率负载的功率,vd表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电压矢量的d轴分量,R表示交流侧阻性负载,Vdc表示直流侧电压,i0表示直流侧输入电流,Pb2表示储能单元与储能变流器DC/DC环节及其控制单元所等效的恒功率负载的功率。

5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述储能单元放电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型的表达式为:

其中,Pb1表示储能单元与储能变流器DC/DC环节及其控制单元所等效的受控电流源的功率。

6.根据权利要求4所述的方法,其中,所述储能单元充电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型中,电流能量函数A(i)的表达式为:其中,vd表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电压的d轴分量;

电压能量函数B(v)的表达式为:

7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述储能单元放电模式下所述微电网系统的非线性能量函数模型中,电流能量函数A(i)的表达式为:电压能量函数B(v)的表达式为:

8.根据权利要求6所述的方法,其中,所述储能单元充电模式下所述柔性互联装置的控制策略的表达式通过如下方式确定:根据所述储能单元充电模式下所述非线性能量模型的所述电流能量函数、所述电压能量函数,计算得到化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数,以及化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数;

化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数的表达式为:其中,kip表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电流内环的比例环节系数,Ls表示滤波电感,L1表示网侧等效电感;

化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数的表达式为:其中,P表示交流恒功率负载功率,Cs表示滤波电容,kip表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电流内环的比例环节系数,kvp表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电压外环的比例环节系数,id表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电流在d轴上的投影,Cdc表示直流侧稳压电容;

基于混合势函数稳定性定理和所述化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数,确定所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数的第一最小特征值;以及基于混合势函数稳定性定理和所述化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数,确定所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数的第二最小特征值;

根据所述第一最小特征值和所述第二最小特征值,得到所述储能单元充电模式下所述柔性互联装置的控制策略。

9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述储能单元放电模式下所述柔性互联装置的控制策略的表达式通过如下方式确定:根据所述储能单元放电模式下所述非线性能量模型的所述电流能量函数、所述电压能量函数,计算得到化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数,以及化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数;

化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数的表达式为:其中,kip表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电流内环的比例环节系数,Ls表示滤波电感,L1表示网侧等效电感;

化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数的表达式为:其中,P表示交流恒功率负载功率,Cs表示滤波电容,kip表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电流内环的比例环节系数,kvp表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器电压外环的比例环节系数,id表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电流在d轴上的投影,Cdc表示直流侧稳压电容;

基于混合势函数稳定性定理和所述化简后的所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数,确定所述电流能量函数对电流变量的二阶偏导数的第三最小特征值;以及基于混合势函数稳定性定理和所述化简后的所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数,确定所述电压能量函数对电压变量的二阶偏导数的第四最小特征值;

根据所述第三最小特征值和所述第四最小特征值,得到所述储能单元放电模式下所述柔性互联装置的控制策略。

10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述柔性互联装置模型通过如下方式进行确定:基于功率守恒原理,将柔性互联装置的双向DC/AC变换器在三相abc静止坐标系的模型转化为两相dq同步旋转坐标系的模型,以使所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器建模为两端口输入、单端口输出的三端口网络;其中根据基尔霍夫电压定律,得到所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在三相abc静止坐标系的模型:

其中,L表示交流侧电感,R表示交流侧电阻,vdc表示直流电压,vNO表示参考点N与O之间的电压,ea、eb、ec分别表示网侧三相电压,ia、ib、ic分别表示流过三相滤波电感上的电流,vaN表示a相桥臂中点与N点之间的电压、vbN表示b相桥臂中点与N点之间的电压、vcN表示c相桥臂中点与N点之间的电压;

基于三相桥臂开关函数sk,将所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在三相abc静止坐标系的模型改写为:

其中,vdc表示直流侧电压,sa、sb、sb分别表示三相电网的开关函数;

所述三相桥臂开关函数sk的表达式为:其中,k=a,b,c;

由三相系统对称性,得到三相电压、三相电流满足的关系如下:ea+eb+ec=0

ia+ib+ic=0

基于改写后的所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在三相abc静止坐标系的模型,可得:

当三相桥臂开关函数sk=1时,k相电网的上桥臂开通,此时对应的相电流流向直流侧电容,可得三相abc静止坐标系下的数学模型:其中,RL为等效总电阻;

依据三相abc静止坐标系转换为两相dq同步旋转坐标系的转换矩阵,对改写后的所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在三相abc静止坐标系的模型、三相电压和三相电流满足的关系式、vNO的表达式以及所述三相abc静止坐标系下的数学模型进行坐标变换,以得到所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在两相dq同步旋转坐标系下的模型;

所述柔性互联装置的双向DC/AC变换器在两相dq同步旋转坐标系下的模型为:当vd=sdvdc、vq=sqvdc时,基于理想状态下输入功率与输出功率之间的平衡关系,可得到直流侧电流idc的表达式为:

其中,vdc表示直流侧电压,t表示时间,vd表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电压的d轴分量,vq表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电压的q轴分量,id表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电流在d轴上的投影,iq表示柔性互联装置的双向DC/AC变换器交流侧电流在q轴上的投影,Sd表示三相桥臂开关函数在d轴的分量,Sq表示三相桥臂开关函数在q轴的分量,L表示交流侧电感,ω表示基波角频率,R表示交流侧电阻,ed表示网侧电压E的d轴分量,iL表示电感L的电流;

所述转换矩阵的表达式为: