專利名稱：微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型電網(wǎng)拓?fù)漕I(lǐng)域，涉及一種微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)單一的電力電子裝置、變換器的拓?fù)溥M(jìn)行了深入的研究，取 得了非常多的研究成果，裝置效率、體積、控制性能等方面均達(dá)到了很高的水平。在系統(tǒng)層 面上進(jìn)行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究工作主要集中于通訊系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)電源系統(tǒng)的分析和優(yōu)化。此類 系統(tǒng)中一般為單輸入系統(tǒng)，采用的變換器也主要以DC/DC變換器為主。當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)輸入 電源、多種電能(電壓或頻率)輸出，需要多種類型變換器組成時(shí)，如何選擇系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)仍是一個(gè)需要進(jìn)行深入研究的問題。基于電力電子裝置的微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)涞难芯吭谖⑿碗娋W(wǎng)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。 長(zhǎng)期以來，新的電力電子裝置拓?fù)涞膭?chuàng)立過程主要依賴于靈感，沒有充分的理論基礎(chǔ)和可 以遵循的模式，并且目前的電力電子拓?fù)溲芯恐饕性趩蝹€(gè)裝置的水平，而多個(gè)電力電 子裝置級(jí)聯(lián)構(gòu)成的多個(gè)輸入電源、多種電能輸出，需要多種類型變換器組網(wǎng)的微型電網(wǎng)拓 撲的整體結(jié)構(gòu)推導(dǎo)演繹方法卻鮮有研究。

發(fā)明內(nèi)容
本方法以圖論理論為指導(dǎo)，結(jié)合電力電子裝置的特點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出條件的限定， 有效地去除微型電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)窮舉出的系統(tǒng)拓?fù)渲腥哂嗟牟糠郑岣吡讼到y(tǒng)拓?fù)渖傻?有效性，優(yōu)化了可行的拓?fù)浞秶?，縮小了可能拓?fù)涞姆秶?，消除了不必要的重?fù)研究。本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方 法，該方法按照如下步驟(1)選擇微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)渖傻南薅l件；(2)對(duì)拓?fù)溥M(jìn)行窮舉；(3)選擇需要驗(yàn)證的電力電子裝置拓?fù)洌?4)將整個(gè)系統(tǒng)抽象為節(jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成的圖；(5)通過鄰接矩陣來對(duì)系統(tǒng)拓?fù)溥M(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)；(6)通過特征值對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行同構(gòu)判定；(7)判斷兩系統(tǒng)拓?fù)涫欠裢瑯?gòu)；如果同構(gòu)則進(jìn)入步驟(7)；如果不同構(gòu)，則進(jìn)入步 驟⑶；(7)如果同構(gòu)則說明拓?fù)涑霈F(xiàn)冗余，予以剔除，進(jìn)入步驟(9)；(8)如果不同構(gòu)，說明拓?fù)渚哂袀€(gè)異性，予以保留，進(jìn)入步驟(9)；(9)將得到優(yōu)化后的圖還原其電氣特性，生成微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(10)優(yōu)化方案結(jié)束。所述步驟(1)中，對(duì)輸入能源的類型、數(shù)量以及從源到負(fù)載之間進(jìn)行能源變換的 次數(shù)進(jìn)行提前給定作為系統(tǒng)初始的限定條件。
所述步驟O)中，在限定條件的基礎(chǔ)之上對(duì)可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行窮舉，涵蓋所有可 能的結(jié)構(gòu)。眾多電力電子變流電路大多都特異性，即它們僅僅是在某些特殊的場(chǎng)合具有優(yōu) 勢(shì)，當(dāng)眾多電力電子裝置相互組合構(gòu)成級(jí)聯(lián)的系統(tǒng)拓?fù)鋾r(shí)，必須在一定的應(yīng)用背景下或者 一定的工程條件下，才有可能進(jìn)行拓?fù)涞倪x優(yōu)，否則就毫無意義。我們的技術(shù)方案以圖論方 法為指導(dǎo)，通過電能變換的功能來劃分各個(gè)電力電子裝置，從而進(jìn)行系統(tǒng)拓?fù)涞母F舉，研究 的重點(diǎn)在于將列舉出系統(tǒng)可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過科學(xué)，富有邏輯的技術(shù)方法進(jìn)一步的優(yōu)化， 篩檢，以便于進(jìn)一步對(duì)有效地的微型電網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行分析研究。由于分布式電源系統(tǒng)具有多種類型的輸入能源形式，例如風(fēng)能，太陽能，各種儲(chǔ)能 裝置等，其所輸出送給負(fù)載的電能類型也是多種多樣。所以，我們需要不同的電力電子裝置 按照其電能變換的功能來進(jìn)行組合。首先，按照功能劃分，電力電子電路可歸為四類整流 電路，逆變電路，直流斬波電路以及交交變頻電路。在上述四種基本變流電路的基礎(chǔ)上，根 據(jù)需要的能源形式，進(jìn)行不同的排列組合，然后窮舉出所有可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法適用于微型電網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化方面的研究，通過 將系統(tǒng)拓?fù)滢D(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)表述方式，再通過對(duì)其數(shù)學(xué)表達(dá)式的鄰接矩陣特征值來辨別是否同 構(gòu)拓?fù)洌瑥亩茖?dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否冗余，通過判斷剔除冗余拓?fù)洌岣吡讼到y(tǒng)拓?fù)渖傻挠?效性，減少了后繼系統(tǒng)控制研究中不必要的重復(fù)勞動(dòng)，提高了微型電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)溆?效率。本方法可適用于多級(jí)多種輸入輸出源的微型電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析。在此以4級(jí)能量 變換的微型電網(wǎng)拓?fù)鋵?shí)例進(jìn)行了判定?？梢宰C明該理論在微型電網(wǎng)拓?fù)鋺?yīng)用中的正確性。


圖1實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)抽象原理圖；圖2微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法示意圖；圖3微型電網(wǎng)系統(tǒng)同構(gòu)拓?fù)浔孀R(shí)舉例。其中1為單相整流電路AC-DC ;2為三相整流電路AC-DC ;3為單相逆變電路 DC-AC ；4為三相逆變電路DC-AC ；5為降壓斬波電路DC-DC ；6為升壓斬波電路DC-DC ；7為交 流調(diào)壓電路AC-AC ；8為交流調(diào)功電路AC-AC ；9為交流調(diào)功電路AC-AC。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1-3，在對(duì)系統(tǒng)級(jí)電路進(jìn)行數(shù)學(xué)描述的過程中，我們需要首先將實(shí)際的電力 電子電路系統(tǒng)及模型抽象為圖論中節(jié)點(diǎn)和連線的表達(dá)形式。其中，節(jié)點(diǎn)代表能源形式，而連 線代表我們所需要的進(jìn)行能源形式變換的電力電子變流器裝置，如圖2所示。然而，在確定 的節(jié)點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的可能拓?fù)涫且粋€(gè)非常大的數(shù)字，會(huì)大大增加挑選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時(shí) 間和精力。在此，提出一種優(yōu)化方案，可以有效地篩除窮舉出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重復(fù)部分，這樣。我 們?cè)谝?guī)定節(jié)點(diǎn)數(shù)(即能源變換的次數(shù))的基礎(chǔ)上就可以剔除一些無效的重復(fù)拓?fù)?，?yōu)化分 析，有利于進(jìn)行后續(xù)的研究。在這里，我們對(duì)微型電網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用基于組合支路的矩陣和編號(hào)表示方 法，這種方法是建立在支路的抽象和編號(hào)的基礎(chǔ)上的。組合支路概念下的系統(tǒng)拓?fù)淇沙橄鬄椴缓瑥?fù)邊和自環(huán)的簡(jiǎn)單圖。每條邊含有不同的權(quán)值，蘊(yùn)含著邊的信息。有效電能變換方式的集合，也就是我們所說的可能的電力電子裝置類型，按其實(shí) 現(xiàn)的功能(即電力變換的種類)來劃分，可以分為整流電路(AC-DC)，逆變電路(DC-AC)， 直流斬波電路(DC-DC)以及交交變頻電路(AC-AC)。對(duì)于系統(tǒng)的拓?fù)渖蓤D而言，每個(gè)電力 電子變流器對(duì)應(yīng)的是圖中的一條邊(支路)，來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)(能源形式)與節(jié)點(diǎn)(能源形式) 之間的連接(變化)。若按照具體的電路能源或者負(fù)載的類型，交流能源的變換器涉及到三 相變換器和單相變換器，隔離的和非隔離的變換器，直流能源的變換器也分為隔離和非隔 離的類型；而在開關(guān)器件的選取上，由于本研究的著眼點(diǎn)是系統(tǒng)級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，故所有的電 力電子變流裝置都采用主流的全控型器件，對(duì)此不再在進(jìn)行分類窮舉。上邊列出了有效支路的分類，包括單相整流電路、三相整流電路、單相逆變電路、 三相逆變電路、降壓站波電路，升壓斬波電路，交流調(diào)壓電路，交流調(diào)功電路一共是八種。按 表1設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行編碼電力電子變流裝置代表編碼位數(shù)從高位到低位依次為單相整流電路、三相整流 電路、單相逆變電路、三相逆變電路、降壓站波電路，升壓斬波電路，交流調(diào)壓電路，交流調(diào) 功電路，依次編號(hào)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為1 8，每一個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)特定類型的電力電子變流裝 置。節(jié)點(diǎn)之間沒有連接用0表示，節(jié)點(diǎn)自身的元素用9表示。表1電力電子變流裝置代表編碼
權(quán)利要求
1.微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于，按照如下步驟(1)選擇微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)渖傻南薅l件；(2)對(duì)拓?fù)溥M(jìn)行窮舉；(3)選擇需要驗(yàn)證的電力電子裝置拓?fù)洌?4)將整個(gè)系統(tǒng)抽象為節(jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成的圖；(5)通過鄰接矩陣來對(duì)系統(tǒng)拓?fù)溥M(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)；(6)通過特征值對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行同構(gòu)判定；(7)判斷兩系統(tǒng)拓?fù)涫欠裢瑯?gòu)；如果同構(gòu)則進(jìn)入步驟(7)；如果不同構(gòu)，則進(jìn)入步驟⑶；(7)如果同構(gòu)則說明拓?fù)涑霈F(xiàn)冗余，予以剔除，進(jìn)入步驟(9)；(8)如果不同構(gòu)，說明拓?fù)渚哂袀€(gè)異性，予以保留，進(jìn)入步驟(9)；(9)將得到優(yōu)化后的圖還原其電氣特性，生成微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(10)優(yōu)化方案結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于所述步驟(1)中，對(duì)輸 入能源的類型、數(shù)量以及從源到負(fù)載之間進(jìn)行能源變換的次數(shù)進(jìn)行提前給定作為系統(tǒng)初始 的限定條件。
3.如權(quán)利要求1所述微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法，其特征在于所述步驟(2)中，在限 定條件的基礎(chǔ)之上對(duì)可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行窮舉，涵蓋所有可能的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法，步驟如下(1)確定微網(wǎng)系統(tǒng)的初始限定條件；(2)窮舉系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3)選擇需要驗(yàn)證的拓?fù)?4)將待驗(yàn)證的拓?fù)涑橄鬄楣?jié)點(diǎn)和連線構(gòu)成的圖；(4)列出圖所對(duì)應(yīng)的鄰接矩陣；(5)對(duì)拓?fù)涞泥徑泳仃囘M(jìn)行同構(gòu)判定；如果同構(gòu)則進(jìn)入步驟(7)；否則進(jìn)入步驟(8)；(7)說明拓?fù)淙哂?，剔除，進(jìn)入步驟(9)；(8)說明拓?fù)渚哂袀€(gè)異性，保留，進(jìn)入步驟(9)；(9)將優(yōu)化后的圖還原其電氣結(jié)構(gòu)，得到優(yōu)化后的微型電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(10)結(jié)束。本方法以圖論理論為指導(dǎo)，結(jié)合電力電子學(xué)特點(diǎn)，根據(jù)限定條件，可以有效地去除微型電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)窮舉中出現(xiàn)的冗余的部分，提高了拓?fù)渖傻挠行裕瑑?yōu)化了拓?fù)溥x擇的范圍。
文檔編號(hào)H02M1/10GK102104320SQ20101060969
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者卓放, 吳斌, 王豐, 王先為, 羅珊珊, 裴云慶 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)