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1 研究背景
在我國碳達(dá)峰和碳中和的“雙碳”目標(biāo)下，“雙高”(即高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備)已成為新型電力系統(tǒng)的主要特征。直流微電網(wǎng)由于控制簡單靈活、可靠性和傳輸效率高、建設(shè)成本低等優(yōu)勢，在分散化的分布式光伏發(fā)電、數(shù)據(jù)中心供電和電動汽車充電等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，正成為新型電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成之一。然而，分布式新能源、儲能設(shè)備、交直流動態(tài)負(fù)載及電力電子設(shè)備的大量接入使得直流微電網(wǎng)成為高隨機(jī)性、高維度、強(qiáng)非線性的系統(tǒng)，其動態(tài)行為分析隨之變得更加困難。因此，具有“雙高”特性的直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析面臨更大挑戰(zhàn)。
2 論文所解決的問題及意義
目前大信號穩(wěn)定分析中，對于含大規(guī)模變換器的高維度系統(tǒng)，基于理論計(jì)算的平衡點(diǎn)吸引域方法面臨著求解矩陣維數(shù)指數(shù)上漲、估計(jì)吸引域的保守性降低等問題。電力電子化電力系統(tǒng)本質(zhì)上具備豐富的非線性特征，為了降低理論分析難度進(jìn)行等效簡化建模會大大減少了模型包含的非線性信息，這會進(jìn)一步影響后續(xù)動態(tài)穩(wěn)定分析的準(zhǔn)確性。
因此，本文建立了并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)的非線性降階模型，推導(dǎo)了構(gòu)建優(yōu)化估計(jì)吸引域的方法，提出了非線性降階建模和構(gòu)建優(yōu)化估計(jì)吸引域的穩(wěn)定性分析框架，此框架對“雙高”系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)無特殊要求。本文研究為有效分析新型電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性提供了新的思路和方法。
圖1 典型并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)系統(tǒng)
3 論文重點(diǎn)內(nèi)容
1）建立并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)的非線性降階模型。
本文首先構(gòu)建系統(tǒng)的二次狀態(tài)偏差模型，依次經(jīng)過分塊降維、解耦和降階變換為一階微分方程的形式，并包含系統(tǒng)狀態(tài)偏差的全部二次非線性項(xiàng)。
圖2 狀態(tài)變量在S、X、Y、U和Z空間的映射關(guān)系
2）推導(dǎo)構(gòu)建優(yōu)化估計(jì)吸引域OEROA的方法。
基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，結(jié)合構(gòu)造含輔助變量的最優(yōu)化模型思想，并利用克羅內(nèi)克積性質(zhì)，提出了構(gòu)建估計(jì)吸引域的優(yōu)化計(jì)算方法。
圖3 OEROA求解算法流程圖
3）算例分析。
為驗(yàn)證本文研究策略有效性，將本文所提方法(OEROA)與李雅普諾夫直接法(ROA1)和T-S模糊模型法(ROA2)對比，如圖4，結(jié)合數(shù)值仿真，驗(yàn)證OEROA具有更低的保守性。
圖4 分塊系統(tǒng)的估計(jì)吸引域，狀態(tài)★初始值及相軌跡
此外，探究分布式光伏云層遮蔽和恒功率負(fù)載的擾動作用對并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。以微網(wǎng)中分塊系統(tǒng)3和4受云層遮蔽擾動為例，表1給出系統(tǒng)由狀態(tài)①變?yōu)棰诘姆謮K系統(tǒng)1-9的運(yùn)行狀況判定結(jié)果。結(jié)果表明，初始值由OEROA內(nèi)部向外部變化，微網(wǎng)由穩(wěn)定向不穩(wěn)定轉(zhuǎn)變；同時(shí)，結(jié)果說明了微電網(wǎng)某一部分的大擾動可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
表1 微電網(wǎng)中分塊系統(tǒng)1-9的運(yùn)行狀況
4 結(jié)論
1）本文提出的構(gòu)建估計(jì)吸引域的優(yōu)化計(jì)算方法，與基于LaSalle定理的李雅普諾夫法、T-S模糊模型法相比，保守性顯著降低，能更準(zhǔn)確地分析微電網(wǎng)系統(tǒng)在較大擾動下的運(yùn)行狀況。
2）對于并網(wǎng)型直流微電網(wǎng)，當(dāng)分布式光伏發(fā)電的云層遮蔽，或恒功率負(fù)載的大幅度變化時(shí)，微電網(wǎng)系統(tǒng)受到較大的擾動作用，降階映射至Z空間的狀態(tài)變量會由衰減振蕩收斂至平衡點(diǎn)，變?yōu)榘l(fā)散振蕩或直接遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，說明了當(dāng)大型微電網(wǎng)系統(tǒng)的部分設(shè)備受到較大擾動作用可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失去穩(wěn)定。
