一种含脉冲恒功率负载储能系统的稳定性分析方法

本技术涉及电力系统，具体涉及一种含脉冲恒功率负载储能系统的稳定性分析方法。

背景技术：

1、‌pcpl-ess（pulse constant power load-energy storage system，含脉冲恒功率负载储能系统‌）是一类典型的独立电力系统，主要用于应对具有周期性扰动和强非线性特性的脉冲负载。这类系统在全电化车辆和船舶电力系统中得到广泛应用，但由于其特有的运行特性，对系统的稳定性和安全性提出了重大挑战‌。含脉冲恒功率负载储能系统的主要特性包括：周期性扰动‌：脉冲负载具有强非线性，会对系统产生周期性的扰动，进而使母线电压和频率产生波动。强非线性‌：脉冲负载的运行特性导致系统在多个模式下出现不稳定性运行行为，包括霍普分岔和灾难性分岔等不稳定现象‌。

2、传统技术中，已有大量文献对常规恒功率负载进行大信号稳定性分析，取得了较好的研究成果。比如lyapunov直接法、混合势能法、t-s法等。含脉冲恒功率负载的电力系统具有强烈的动态特性，且系统本身对设备实际运行的电压电流有较高的电能质量规范，较之以单次加载作为研究对象的恒功率负载系统，需要更严苛的稳定性限制。

3、但是上述大多数含脉冲恒功率负载电力系统稳定性研究尚停留在以时域仿真法为主，通过大量实际或仿真试验找出系统稳定性与关键参数的变化趋势，只能局限于当前设备试验环境。由于不具备完备性和普适性，对于含脉冲恒功率负载储能系统不能准确做出稳定性判断。

技术实现思路

1、本技术为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

2、第一方面，本技术实施例提供了一种含脉冲恒功率负载储能系统的稳定性分析方法，包括：

3、建立pcpl-ess简化等效电路，将系统分为加载与减载两种模态，对加载与减载两种模态建立状态方程；

4、使用混合势能法对两个模态构造混合势函数，构造lyapunov函数表达式的稳定域判据；

5、绘制出pcpl-ess稳定域界，依据pcpl-ess负载性能要求划分负载运行安全域；

6、采用负载运行安全域对系统稳定域界进行二次约束，确定出最佳的系统运行峰值功率。

7、在一种可能的实现方式中，所述建立pcpl-ess简化等效电路，将系统分为加载与减载两种模态，对加载与减载两种模态建立状态方程，包括：

8、将pcpl-ess视为恒功率负载加载plsm和减载plm两种子模态周期切换工作；

9、以设电感电流 il和电容电压 uc为系统状态变量，分别确定两种模态的状态方程：

10、

11、其中 d1=1- dg， dg为dc/dc变换器驱动信号 sg的占空比； rc为常规负载的等效阻值， us为储能单元输出电压， rs为电源内阻， l、 c分别为变换器的输入电感和输出电容； ppl为脉冲负载的峰值功率，脉冲信号 gpl( t)表达式如下：

12、  (2)

13、其中， tpl为脉冲周期，脉冲频率 fpl=1/ tpl， dpl为脉冲占空比。

14、在一种可能的实现方式中，基于公式(1)计算两个模态的平衡点 x e：

15、  (3)

16、分别求取2个模态的jacobi矩阵，对于plm模态的jacobi矩阵中有非线性项在平衡点处进行泰勒展开：

17、  (4)

18、由此得出：

19、  (5)

20、解出2个模态的特征值：

21、  (6)

22、  (7)

23、依据lyapunov稳定性判定条件，得出初步稳定性判据：

24、  (8)

25、负载功率 pc= uce2/ rc，得出：

26、负载功率 pc= uce2/ rc，得出：

27、  (9)。

28、在一种可能的实现方式中，所述使用混合势能法对两个模态构造混合势函数，构造lyapunov函数表达式的稳定域判据，包括：

29、对两种模态构建混合势函数首先是plm模态，其中电流势函数：

30、 (10)

31、输出回路的电压势函数为：

32、  (11)

33、电容的能量函数为：

34、  (12)

35、得出plm模态的混合势函数：

36、  (13)

37、与标准式对应得出：

38、得到

39、得出最小特征值

40、构造lyapunov函数表达式：

41、  (14)

42、依据混动势的第三稳定定理，应满足 μ1+ μ2>0，得出判据：

43、  (15)

44、当 ppl满足该判据时，进一步令 μ1+ μ2=0，得临界电压，将其代入式(14)得到临界lyapunov函数

45、  (16)

46、(16)式中正定且其对于时间导数恒小于0，由此满足渐进稳定的条件，由此得出plm模态的渐进稳定域：

47、  (17)

48、构造plsm模态的混合势函数为：

49、  (18)

50、求解得到最小特征值 μ1、 μ2；

51、构造lyapunov函数表达式：

52、  (19)

53、满足条件 μ1+ μ2>0，plsm模态的稳定域为全域，合并系统两个模态的稳定域为式（17）的rasplm。

54、在一种可能的实现方式中，所述绘制出pcpl-ess稳定域界，依据pcpl-ess负载性能要求划分负载运行安全域，包括：

55、对渐进稳定域rasplm进行绘制，选定参数并将参数带入式(14)，在全域范围内绘制出 p*( i, u)，与临界值min p*( i, u cmin)作比较得出域边界ωb；

56、绘制并对比参数固定情况下不同峰值功率下的域界图以及固定峰值功率下不同参数的域界图。

57、在一种可能的实现方式中，所述采用负载运行安全域对系统稳定域界进行二次约束，确定出最佳的系统运行峰值功率，包括：

58、结合负载性能需求基于混合势法取评估函数 f( x)：

59、  (20)

60、以 δil、 δuc为步长采样res边界值 xres_ ij：

61、  (21)

62、其中， j=1-4，代表4条边界线；、分别为负载允许电流电压波动的最大值；

63、取不同的 ppl计算res边界在评估函数的映射值，判断是否大于0，即可取得适合的峰值功率。

64、在本技术实施例中，采用混合评估函数，无需对系统进行仿真，具有普适性，可以根据现场设备参数确定最佳系统运行峰值功率，同时也可以在峰值功率固定的情况下，选择合适的设备参数。