[发明专利]一种双向AC/DC变换器的虚拟惯性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双向AC/DC变换器的控制领域，特别是一种双向AC/DC变换器的虚拟惯性控制方法。

背景技术

光伏、风电、储能等分布式发电的推广和直流负载所占终端用电比例的与日俱增促进了直流微电网的发展。双向AC/DC变换器作为直流微电网与大电网的并网接口单元，对控制直流微电网与大电网能量交换、维持直流母线电压稳定和提高系统运行效率起着非常关键的作用。然而直流微电网是以电力电子变换器为主导的低惯性网络，负荷的频繁投切，分布式微源的输出功率突变等会引起直流母线电压大幅波动，对直流微电网的安全、高效、稳定运行造成不利影响。若能对双向AC/DC变换器进行虚拟惯性控制则可以平抑母线电压的波动，提高直流微电网电能质量，因此双向AC/DC变换器的虚拟惯性控制是目前直流微电网领域的一个研究热点。

电力电子变换器的虚拟惯性研究主要集中于逆变器控制方面，采用虚拟同步发电机控制可以使得逆变器的输出外特性具有与同步发电机相类似的旋转惯性、下垂特性和阻尼特性。而直流微电网的虚拟惯性控制目前研究较少，国内文献提出在附加惯性控制环中加入高通滤波器，在母线电压突变发生之前，变换器可以瞬间向微电网发出或者吸收功率，保证微电网的功率平衡。但是采用高通滤波器会引入高频干扰，使得变换器的输出功率出现抖动，一方面造成能量的浪费，另一方面可能造成系统的不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种双向AC/DC变换器的虚拟惯性控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

1)在每个采样周期的起始点，DSP控制器启动A/D转换器，对双向AC/DC变换器的直流输出电流i_o、直流母线电压u_dc、三相并网电流i_a、i_b、i_c和三相电网电压u_a、u_b、u_c分别进行采样，所有采样数据经A/D转换器转换后，通过并行接口送给DSP控制器进行处理；

2)控制器对步骤1)所采集得到的电网电压u_a、u_b、u_c和并网电流i_a、i_b、i_c进行abc/dq坐标旋转变换，得到dq坐标系下的电网电压u_d、u_q和并网电流i_d、i_q；

3)直流输出电流i_o经虚拟惯性控制，得到直流母线电压外环的参考指令虚拟惯性控制表达式为：

其中，∫为积分符号，I_set为双向AC/DC变换器的直流侧输出电流额定值，U_dc为直流母线电压额定值，D_b为电压振荡阻尼系数，其取值范围为5≤D_b≤100，C_v为虚拟电容值，其值决定系统的虚拟惯性大小，其取值范围为U_dc/D_b≤C_v≤10U_dc/D_b；

4)将直流母线电压外环的参考指令和直流母线电压u_dc相减得到差值e_v，将e_v送入PI控制器，PI控制器的输出经限幅后，获得电压外环控制的电流幅值指令I_v^*，PI控制的传递函数G_v(s)表达式为：

G_v(s)＝k_vp+k_vi/s

其中，k_vp是PI控制器的比例系数，其取值范围为0.1≤k_vp≤20，k_vi是PI控制器的积分系数，其取值范围为0.01≤k_vi≤10，s为复频率；

5)通过输出电流前馈控制，计算输出电流前馈控制的电流幅值指令为：

其中，u_dc为双向AC/DC变换器的直流母线电压，u_q为电网电压的q轴分量；