[发明专利]一种光储直流微网建模方法

权利要求书

1.一种光储直流微网建模方法，其特征在于，所述光储直流微网的拓扑结构包括光伏变换器结构、储能变换器结构和直流模拟电网结构；所述光伏变换器结构包含了光伏变换器光伏电池PV、光伏变换器输入侧电容C_pv、光伏变换器电感L_pv、光伏变换器二极管VD_pv、光伏变换器三极管S_pv和光伏变换器输出侧电容C_dcpv；所述储能变换器结构包括储能变换器储能电池Battery、储能变换器输入侧电容C_b1、储能变换器电感L_b、储能变换器boost三极管S_b1、储能变换器buck三极管S_b2和储能变换器输出侧电容C_b2；所述直流模拟电网结构包括直流模拟电网直流侧电容G_dcg、直流模拟电网二电平三桥臂逆变器M、直流模拟电网桥臂侧三相电感L₁，直流模拟电网三相滤波电容C_f，直流模拟电网网侧三相电感L₂、直流模拟电网三相电网阻抗L_g和直流模拟电网三相交流电网e；光伏变换器输出侧电容C_dcpv、储能变换器输出侧电容C_b2、直流模拟电网直流侧电容C_dcg三者并联；

所述光储直流微网建模方法包括建立直流微网光伏变换器阻抗模型、建立直流微网储能变换器阻抗模型和建立直流微网直流模拟电网阻抗模型，具体步骤如下：

步骤1，建立直流微网光伏变换器阻抗模型，包括采样和建模，具体过程如下：

步骤1.1，通过采集得到光伏变换器光伏电池输出电流i_pv、光伏变换器电感电流i_Lpv，、光伏变换器输入侧电容电压u_Cpv、光伏变换器输出侧电容电压u_dcpv、光伏变换器输出侧电流i_dcpv；

步骤1.2，建立直流微网光伏变换器主电路数学模型，表达式如下：

式中：为光伏变换器光伏电池输出电流i_pv稳态工作点的小信号分量，I_Lpv为光伏变换器电感电流i_Lpv稳态工作点的直流分量，为光伏变换器电感电流i_Lpv稳态工作点的小信号分量，为光伏变换器输入侧电容电压u_Cpv稳态工作点的小信号分量，U_dcpv为光伏变换器输出侧电容电压u_dcpv稳态工作点的直流分量，为光伏变换器输出侧电容电压u_dcpv稳态工作点的小信号分量，为光伏变换器输出侧电流i_dcpv稳态工作点的小信号分量，D_pv为光伏变换器开环占空比d_pv稳态工作点的直流分量，为光伏变换器开环占空比d_pv稳态工作点的小信号分量，s为拉普拉斯算子；

步骤1.3，建立直流微网光伏变换器开环阻抗模型，表达式如下：

式中：Z_opv为光伏变换器开环阻抗；

步骤1.4，建立直流微网光伏变换器电压外环数学模型，表达式如下：

式中：为光伏变换器MPPT控制电压指令u_pvref稳态工作点的小信号分量，为光伏变换器电流指令小信号分量；K_pupv为光伏变换器电压外环比例系数，K_iupv为光伏变换器电压外环积分系数；

步骤1.5，建立直流微网光伏变换器电流内环数学模型，表达式如下：

式中：K_pipv为光伏变换器电流内环比例系数，K_iipv为光伏变换器电流内环积分系数，为光伏变换器闭环占空比控制信号；

步骤1.6，建立直流微网光伏变换器闭环阻抗模型，表达式：

其中：

Z_ocpv为光伏变换器闭环阻抗；

G_ipv为光伏变换器电流环传递函数，G_upv为光伏变换器电压环传递函数，G_udpv为光伏变换器占空比与母线电压间传递函数，G_idpv为光伏变换器占空比与电感电流间传递函数，G_uipv为光伏变换器母线电流与光伏电池电压间传递函数，G_iipv为光伏变换器母线电流与电感电流间传递函数，T_udpv为光伏变换器占空比与光伏电池电压间传递函数，表达式分别如下：

步骤2，建立直流微网储能变换器阻抗模型，包括采样和建模，具体过程如下：

步骤2.1，通过采集得到直流微网储能变换器储能电池输出电流i_b、直流微网储能变换器电感电流i_Lb、直流微网储能变换器输入侧电容电压u_Cb、直流微网储能变换器输出侧电容电压u_dcb、直流微网储能变换器输出侧电流i_dcb；

步骤2.2，建立直流微网储能变换器主电路数学模型，表达式如下：

式中：为储能变换器储能电池输出电流i_b稳态工作点的小信号分量，I_Lb为储能变换器电感电流i_Lb稳态工作点的直流分量，为储能变换器电感电流i_Lb稳态工作点的小信号分量，为储能变换器输入侧电容电压u_b稳态工作点的小信号分量，U_dcb为储能变换器输出侧电容电压u_dcb稳态工作点的直流分量，为储能变换器输出侧电容电压u_dcb稳态工作点的小信号分量，为储能变换器输出侧电流i_dcb稳态工作点的小信号分量，D_b为储能变换器开环占空比d_b稳态工作点的直流分量，为储能变换器开环占空比d_b稳态工作点的小信号分量；

步骤2.3，建立直流微网储能变换器开环阻抗模型，表达式如下：

式中：Z_ob为储能变换器开环阻抗；

步骤2.4，建立直流微网储能变换器电流内环数学模型，具体如下所示：

式中：K_pib为储能变换器电流内环比例系数，K_iib为储能变换器电流内环积分系数，为储能变换器闭环占空比控制信号，为储能变换器电流指令小信号分量；

步骤2.5，建立直流微网储能变换器闭环阻抗模型，表达式如下：

其中：

Z_ocb为储能变换器闭环阻抗；

G_ib为储能变换器电流环传递函数，G_iib为储能变换器母线电流与电感电流间传递函数，G_idb为储能变换器占空比与电感电流间传递函数，G_udb为储能变换器占空比与母线电压间传递函数，其表达式分别如下：

步骤3，建立直流微网直流模拟电网阻抗模型，包括采样、坐标变换和建模，具体过程如下：

步骤3.1，通过采集得到的直流微网直流模拟电网桥臂侧三相电感电流i_1a，i_1b，i_1c、直流微网直流模拟电网网侧三相电感电流i_2a，i_2b，i_2c、直流微网直流模拟电网三相滤波电容电压v_Cfa，v_Cfd，v_Cfc、直流微网直流模拟电网三相交流电网电压e_a，e_b，e_c、直流微网直流模拟电网桥臂侧三相输出电压v_inva，v_invb，v_invc、直流微网直流模拟电网直流侧电容电压u_Cdcg；

对直流模拟电网桥臂侧三相电感电流i_1a，i_1b，i_1c进行单同步旋转坐标变换得到直流模拟电网桥臂侧三相电感电流dq分量i_1d，i_1q，对直流模拟电网网侧三相电感电流i_2a，i_2b，i_2c进行单同步旋转坐标变换得到直流模拟电网网侧三相电感电流dq分量i_2d，i_2q，对直流模拟电网三相滤波电容电压v_Cfa，v_Cfd，v_Cfc进行单同步旋转坐标变换得到直流模拟电网三相滤波电容电压dq分量v_Cfd，v_Cfq，对直流模拟电网三相交流电网电压e_a，e_b，e_c进行单同步旋转坐标变换得到直流模拟电网三相交流电网电压dq分量e_d，e_q，对直流模拟电网桥臂侧三相输出电压v_inva，v_invb，v_invc进行单同步旋转坐标变换得到直流模拟电网桥臂侧三相输出电压dq分量v_invd，v_invq；

步骤3.2，建立直流微网直流模拟电网主电路数学模型，表达式如下：

式中：为直流模拟电网桥臂侧三相输出电压dq分量v_invd稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网桥臂侧三相输出电压dq分量v_invq稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网桥臂侧三相电感电流dq分量i_1d稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网桥臂侧三相电感电流dq分量i_1q稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网三相滤波电容电压dq分量v_Cfd稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网三相滤波电容电压dq分量v_Cfq稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网网侧三相电感电流dq分量i_2d稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网网侧三相电感电流dq分量i_2q稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网三相交流电网电压dq分量e_d稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网三相交流电网电压dq分量e_q稳态工作点的小信号分量，w为直流模拟电网角频率；

步骤3.3，建立直流微网直流模拟电网d轴电压外环数学模型，表达式如下：

式中：为直流模拟电网直流侧给定电压u_dcgref稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网直流侧电容电压u_dcg稳态工作点的小信号分量，为直流模拟电网电流指令，K_pug为直流模拟电网电压外环比例系数，K_iup为直流模拟电网电压外环积分系数；

步骤3.4，建立直流微网直流模拟电网d轴电流内环数学模型，表达式如下：

式中：K_pig为直流模拟电网电流内环比例系数，K_iig为直流模拟电网电流内环积分系数，为直流模拟电网d轴闭环占空比控制信号；

步骤3.5，建立直流微网直流模拟电网d轴闭环阻抗模型，表达式如下：

其中：

Z_dcgd为直流模拟电网闭环阻抗，U_pccd为直流模拟电网并网点电压d轴分量，U_dcg为直流模拟电网直流侧稳态工作点电压，I_dcg为直流模拟电网直流侧稳态工作点电流，I_2d为直流模拟电网网侧三相电感电流dq分量i_2d稳态工作点的直流分量；

G_igd为直流模拟电网电流环传递函数，G_invd为直流模拟电网逆变器传递函数，G_ugd为直流模拟电网电压环传递函数，其表达式分别如下：

G_invd＝1

步骤4，上述步骤1、步骤2、步骤3中建立的闭环阻抗模型的组合即光储直流微网的闭环阻抗模型。