一种微电网的小信号状态空间建模方法

本发明涉及微电网的稳定性分析领域，特别涉及一种含多感应电机负荷的孤岛交流微电网的状态空间的稳定性分析技术。背景技术：：：1、微电网作为可再生能源接入电网的有效形式，可以积极消纳新能源并分配电能。通常，微电网在并网或孤岛两种模式下运行。在孤岛模式下，由于微电网缺乏主网支撑并且存在大量电力电子装置，导致系统惯量水平相对较低，系统频率稳定性较差。特别是对于负荷分散、峰谷差异大的岛礁和农村等地区的孤岛微电网，负荷侧波动极易引起系统失稳，严重威胁系统安全稳定运行。2、目前，对于孤岛交流微电网的小信号建模，已有多个专利进行研究并提出了相应的解决方法，例如：3、1.申请号为202111206841.4，名称为“一种考虑通信时延的主从交流微电网的状态空间建模方法”的专利中，提出了一种考虑通信时延的主从交流微电网的状态空间建模方法，针对主机向从机通过低带宽通信传输电流指令时存在的通信延迟的技术问题，根据实际工程的通信参数对影响稳定性的系统控制参数进行建模调节，提高系统的稳定性，从而提高生产力。4、2.申请号为201910044184.4，名称为“新型微网系统及其逆变器控制策略和小信号建模方法”的专利中，提出一种新型微网系统及其逆变器控制策略和小信号建模方法，则针对微网系统和双环反下垂控制策略建立了小信号模型，通过小信号模型，分析了微网系统及其逆变器控制策略的稳定性，且所采用的反下垂控制相比于传统下垂控制更利于逆变器单元的有功精确分配于快速响应。5、但上述建模方法都未涉及多感应电机负荷对孤岛交流微电网及控制参数对孤岛交流微电网带多感应电机负荷能力的影响。6、因此需要一种含多感应电机负荷的孤岛交流微电网的建模方法，用于分析多感应电机负荷的数量、类型、运行工况对孤岛交流微电网的影响趋势，以及系统控制参数对于孤岛交流微电网带多感应电机负荷能力的影响趋势，便于利用优化系统控制参数提升含多感应电机负荷的孤岛交流微电网的系统稳定运行的能力。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明所要解决的问题为：为对含多感应电机负荷的孤岛交流微电网进行稳定性分析，并辅助系统参数涉及，从而解决多感应电机负荷对系统的稳定性问题。2、针对上述问题，本发明提出一种考虑多感应电机负荷的孤岛交流微电网的小信号状态空间模型，采用鼠笼式感应电机并联对实际农村微电网的多感应电机负荷进行建模，并在模型中充分考虑感应电机负荷的动态特性及各区域之间传输线路。3、一种考虑多感应电机负荷的孤岛交流微电网的状态空间建模方法，由多感应电机负荷、逆变器模块、负荷母线、传输线、滤波器、直流电源构成的孤岛交流微电网结构，逆变器直流侧连接由直流电源等效的分布式可再生能源，交流侧经过lc滤波器连接至负荷母线，再经传输线为多感应电机中各个感应电机负荷供电。下垂控制器、电压电流双闭环控制器实现系统的稳定运行。4、在本技术方案中，其包括以下步骤：5、步骤1：建立dq坐标系下的逆变器的小信号状态空间模型，逆变器采用下垂控制器和电压电流双闭环控制器保证微电网系统的电压和频率的稳定。6、步骤2：建立dq坐标系下的多感应电机负荷的小信号状态空间模型，由多台鼠笼式感应电机并联作为多感应电机负荷，负荷母线经过传输线为多感应电机负荷中各个感应电机负荷供电。7、步骤3：建立dq坐标系下的含多感应电机负荷的孤岛交流微电网的小信号状态空间模型。8、步骤1中，lc滤波器的状态空间模型为：9、10、其中，lf、rf和cf分别为逆变器的滤波电感、滤波器内阻和滤波电容。11、步骤1中，建立逆变器在dq坐标系下的小信号状态空间模型。下垂控制器的状态空间模型为：12、13、其中，ωc为低通滤波器的截止频率，p、q为源侧的输出有功功率和无功功率的测量值，iodq，uodq（dq下标对应变量的dq轴分量）分别为lc滤波器的输出电流、输出电压。ωn、u、为电压频率和电压幅值的基准值，pref、qref分别为有功功率和无功功率的基准值，mp、nq为有功下垂系数和无功下垂系数，eodq为下垂控制环节输出的参考值。14、步骤1中，电压电流双闭环控制器的状态空间模型为：15、16、其中，上标*表示对应变量的参考值，eudq为电压环的输入误差的测量值，eidq为电流环的输入误差的测量值，uidq为逆变器的输出电压，ildq为逆变器的输出电流，kpu、kiu分别为比例系数和积分系数，f为电流前馈系数。17、步骤1中，假设电压电流双闭环控制器输出参考电压和参考电流即为逆变器的输出电压和输出电流，将下垂控制器、电压电流双闭环控制器、lc滤波器的状态空间模型小信号化后，选状态变量δxinv=[δp δq δeud δeuq δeid δeiq δild δilq δuod δuoq]t，输入状态变量δio=[δiod δioq]t可得逆变器的小信号状态空间模型：18、19、其中，∆表示对应变量的小信号分量，所述ainv为10阶方阵，所述avd1为10×2矩阵。20、步骤2中，第i台感应电机负荷的状态空间模型为：21、22、其中，下表i表示系统中接入的第i台感应电机负荷，取值为i=1,2,⋯,n（n为系统接入的感应电机负荷总数）。usidq、uridq分别为第i台感应电机的定子电压、转子电压，isidq、iridq分别为第i台感应电机的定子电流、转子电流。φsidq、φridq分别为第i台感应电机的定子磁链、转子磁链，ω为dq坐标系旋转角速度，ωri为第i台感应电机的转子角速度，rsi、rri分别为第i台感应电机的定子电阻、转子电阻。lsi、lri、lmi分别为第i台感应电机的定子漏感、转子漏感、磁化电感，ji为第i台感应电机的转子转动惯量系数，pni为第i台感应电机的极对数，fi为第i台感应电机的转子摩擦系数，tei为第i台感应电机的电磁转矩，tli为第i台感应电机的负载转矩。23、进一步的，由于感应电机转子短路则转子电压为0，将第i台感应电机负荷的状态空间模型小信号化后，选取状态变量δφsidq、δφridq、δωri，选取输入变量δusidq、δtli，选取输出变量δiimidq，建立第i台感应电机五阶小信号状态空间表达式，第i台感应电机负荷的小信号状态空间模型为：24、25、其中，所述δiimidq为第i台感应电机负荷的吸收电流，aindi为5阶方阵，所述bind1_i为5×2的矩阵，bind2_i为5×1的矩阵，所述avdi为5×10的矩阵，cindi为2×5的矩阵。26、步骤2中dq坐标系下第i台感应电机负荷到负荷母线的传输线路的小信号状态空间模型为：27、28、其中，δxlinei=[δiimid,δiimiq]t，δuimi=[δuimid,δuimiq]t，δuo=[δuod,δuoq]t，alinei=[-rimi/limi,ω0;-ω0,rimi/limi]，clinei=[1/limi,0;0,1/limi]，dlinei=[-1/limi,0;0,-1/limi]，blinei为2×10的矩阵，limi、rimi分别为第i台感应电机负荷支路传输线路等效电感及等效电阻；uimidq为第i台感应电机的输入电压。29、进一步的，对于公共耦合点处，逆变器输出电流等于各感应电机负荷支路吸收电流之和，即：30、31、进一步的，32、其中，δio=[δiod,δioq]t，δxind_load=[δxind1,δxind2,⋯,δxindn]t，avd2=diag(cind1,cind2,⋯,cindn)。33、进一步的，对于第i条负荷支路为：34、35、其中，δxloadi=[δxinvi,δxlinei]t；δhi=[δtli,δuimi]t；aloadi=[aindi,0;0,alinei]；bloadi=[bind2_i,bind1_i;0,dlinei]。36、进一步的，含多感应电机负荷的孤岛交流微电网的小信号状态空间模型为:37、38、其中，δxsys=[δxinv,δxload1,δxload2,⋯,δxloadi]t，δh=[δhinv,δh1,δh2,⋯,δhi]t，avd=avd1avd2。39、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mrow><msub><mi>a</mi><mi>sys</mi></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mi>inv</mi></msub></mtd><mtd/><mtd><msub><mi>a</mi><mi>vd</mi></msub></mtd><mtd/></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mrow><mi>dv</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>a</mi><mrow><mi>load</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd/><mtd/></mtr><mtr><mtd><mi>⋮</mi></mtd><mtd/><mtd><mi>⋱</mi></mtd><mtd/></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mi>dvn</mi></msub></mtd><mtd/><mtd/><mtd><msub><mi>a</mi><mi>loadn</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><msub><mi>b</mi><mi>sys</mi></msub><mi>=</mi><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mn>0</mn><mrow><mn>10</mn><mi>×</mi><mn>3</mn></mrow></msub></mtd><mtd/><mtd/><mtd/></mtr><mtr><mtd/><mtd><msub><mi>b</mi><mrow><mi>load</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd/><mtd/></mtr><mtr><mtd/><mtd/><mtd><mi>⋱</mi></mtd><mtd/></mtr><mtr><mtd/><mtd/><mtd/><mtd><msub><mi>b</mi><mi>loadn</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mrow></mstyle>40、其中，所述asys为(10+7n)×(10+7n)的矩阵，所述bsys为(10+7n)×(10+3n)的矩阵。41、本发明于现有技术相比具有一下优点：(1)提出一种考虑多感应电机负荷的孤岛交流微电网的小信号状态空间建模方法，考虑了实际农村微电网中含有的大量感应电机负荷，该发明有利于分析多感应电机负荷对孤岛交流微电网稳定性即系统控制参数对孤岛交流微电网带感应电机负荷能力的影响趋势。(2)所提出的模型能够根据实际感应电机负荷数量、类型、运行状态进行灵活调整，适应性强，能够为实际交流微电网系统参数设计提供指导。当前第1页12当前第1页12