[發明專利]計及負載特性的柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法

有效

• 申請號: 201810038999.7
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN107994562B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 徐海亮;趙仁德;馬文忠;陳路明;高強;馬曉軍;魏曙光;廖自力
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開一種計及負載特性的柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法，該車載電源系統包括柴油發電機組、蓄電池組、直流母線，以及變流裝置，該方法為在恒功率負載和阻性負載共存下的車載電源系統的穩定性設計方法，充分計及了兩類負載特性對系統穩定性的影響，包括三個流程，一為建立柴儲型車載電源系統的平均電路模型，估算系統穩定約束條件；二為建立柴儲型車載電源系統的功率平衡方程，估算系統功率平衡條件；三為根據一、二得到的穩定約束條件和功率平衡條件，獲得系統的統一穩定性設計依據。該依據揭示了負載功率、電壓等級、電流保護閾值、控制參數之間的約束關系，為本領域技術人員在車載電源系統設計之初提供部件選型和參數設計參考。

技術領域

本發明涉及一種分布式電源系統的穩定性分析與評估方法，尤其是計及負載特性的柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法。

背景技術

柴油發電機組(以下簡稱“油機”)作為一種相對穩定可靠的發電(電源)系統，在車載移動電站(汽車電站)中得到廣泛應用。但由于油機的轉動慣量較小，為避免負載突加突卸可能引起發的系統端電壓的波動，儲能裝置通常被用來當作能量緩沖器，與油機配合使用，構成柴儲型車載電源系統。關于柴儲型車載電源系統的拓撲及控制，目前已有相關研究。發明專利“一種柴儲型軍用交流移動電站及其電能質量控制方法(ZL201510689526.X)”公開了一種柴儲型車載移動電站的拓撲結構，分析了非線性負載對電站輸出電能質量的影響，提出了改善電能質量的對策；發明專利“一種車載式直流微電網系統及其控制方法(ZL201510958644.6)”提出了一種包含光伏、柴油發電機組、儲能裝置在內的直流微電網架構，并對其并網、離網運行控制進行了詳細的設計。

然而，上述研究在對車載電源系統進行控制系統設計時，通常假設系統本身是穩定的，沒有考慮負載特性可能引發的系統失穩現象及其抑制對策。實際上，近年來，電氣工程領域呈現的一個顯著變化是電力系統的“電力電子化”，即無論電源還是負載，通常都需要經過功率開關器件的二次變換，再接入整個供電網絡。從電源側角度看，這些負載呈現出典型的“恒功率負載”(Constant Power Loads,CPLs)特性，而恒功率負載具有“負阻尼”特性，會對整個電力系統的穩定性產生嚴重威脅。因此，車載電源系統在設計之處就應充分考慮負載類型、負載特性對系統穩定性的不利影響，并將穩定性設計作為系統整體設計的首要和關鍵內容。與此同時，在今后一個較長的時期內，恒功率負載和阻性負載將會同時存在，兩者占比不同會對車載電源系統穩定性帶來哪些影響，目前尚無定量分析。因此，深入研究恒功率負載、阻性負載同步接入下，柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法，對于提升該類車載移動電源系統的穩定性、可靠性水平具有重要意義。而這也正是本發明要解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種計及負載特性的柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法，以提高此類電源系統在恒功率負載、阻性負載同步接入下的運行穩定性和可靠性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種計及負載特性的柴儲型車載電源系統的穩定性設計方法，其特征在于，所述的車載電源系統包括柴油發電機組、蓄電池組、直流母線，以及變流裝置；其中，所述的變流裝置包括整流器和DC/DC變換器，所述的柴油發電機組通過所述的整流器并聯在所述的直流母線上，所述的蓄電池組通過所述的DC/DC變換器并聯在所述的直流母線上；所述的穩定性設計方法包括三個流程，流程一為建立柴儲型車載電源系統的平均電路模型，并估算系統的穩定約束條件I；流程二為建立柴儲型車載電源系統的功率平衡方程，并估算系統的穩定約束條件II；流程三為根據流程一、流程二得到的穩定約束條件I、II，獲得柴儲型車載電源系統為確保系統穩定需滿足的約束條件；

所述的流程一具體為：