中國儲能網訊：
1 研究背景
在我國碳達峰和碳中和的“雙碳”目標下，“雙高”(即高比例可再生能源和高比例電力電子設備)已成為新型電力系統(tǒng)的主要特征。直流微電網由于控制簡單靈活、可靠性和傳輸效率高、建設成本低等優(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域有著廣闊的應用前景，正成為新型電力系統(tǒng)的主要構成之一。然而，分布式新能源、儲能設備、交直流動態(tài)負載及電力電子設備的大量接入使得直流微電網成為高隨機性、高維度、強非線性的系統(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)，基于理論計算的平衡點吸引域方法面臨著求解矩陣維數(shù)指數(shù)上漲、估計吸引域的保守性降低等問題。電力電子化電力系統(tǒng)本質上具備豐富的非線性特征，為了降低理論分析難度進行等效簡化建模會大大減少了模型包含的非線性信息，這會進一步影響后續(xù)動態(tài)穩(wěn)定分析的準確性。
因此，本文建立了并網型直流微電網的非線性降階模型，推導了構建優(yōu)化估計吸引域的方法，提出了非線性降階建模和構建優(yōu)化估計吸引域的穩(wěn)定性分析框架，此框架對“雙高”系統(tǒng)的組成和結構無特殊要求。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 典型并網型直流微電網系統(tǒng)
3 論文重點內容
1）建立并網型直流微電網的非線性降階模型。
本文首先構建系統(tǒng)的二次狀態(tài)偏差模型，依次經過分塊降維、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。
圖2 狀態(tài)變量在S、X、Y、U和Z空間的映射關系
2）推導構建優(yōu)化估計吸引域OEROA的方法。
基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，結合構造含輔助變量的最優(yōu)化模型思想，并利用克羅內克積性質，提出了構建估計吸引域的優(yōu)化計算方法。
圖3 OEROA求解算法流程圖
3）算例分析。
為驗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，結合數(shù)值仿真，驗證OEROA具有更低的保守性。
圖4 分塊系統(tǒng)的估計吸引域，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載的擾動作用對并網型直流微電網穩(wěn)定性的影響。以微網中分塊系統(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的運行狀況判定結果。結果表明，初始值由OEROA內部向外部變化，微網由穩(wěn)定向不穩(wěn)定轉變；同時，結果說明了微電網某一部分的大擾動可能導致整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
表1 微電網中分塊系統(tǒng)1-9的運行狀況
4 結論
1）本文提出的構建估計吸引域的優(yōu)化計算方法，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，能更準確地分析微電網系統(tǒng)在較大擾動下的運行狀況。
2）對于并網型直流微電網，當分布式光伏發(fā)電的云層遮蔽，或恒功率負載的大幅度變化時，微電網系統(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，變?yōu)榘l(fā)散振蕩或直接遠離平衡點，說明了當大型微電網系統(tǒng)的部分設備受到較大擾動作用可能導致整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定。
