[发明专利]平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法

说明书

本发明公开了一种平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法，通过分析充电站直流微网(direct current microgrid,dc‑MG)的惯量来源，根据直流电机的运行原理提出虚拟直流电机控制策略；主要包括电压外环控制，电流内环控制和虚拟直流电机部分；建立该控制下Boost(升压)电路的小信号模型，推导出直流电压与输出电流之间的小信号传递函数，分析充电站受到扰动时母线电压的动态特性；利用二阶简化模型的零极点分布分析控制参数对动态响应过程的影响，用于指导控制参数的选取。本发明中的虚拟直流电机控制策略可以改善系统阻尼特性和惯性效应，平抑电压波动；不仅能够提高充电站dc‑MG的稳定性，而且能够准确地确定系统的控制参数。

技术领域

本发明涉及充电站直流微网(direct current microgrid,dc-MG)电压稳定性领域，具体涉及一种平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法，特别适用于抑制dc-MG的电压波动，增强dc-MG的阻尼与惯性，以及控制参数的整定。

背景技术

近年来，借助可再生能源并网技术的不断进步，电动汽车的发展引起了广泛的关注。集成光伏、风能等可再生能源的电动汽车充电站为电动汽车的能源供给提供了新的途径，可使汽车尽可能地摆脱对化石能源的依赖。充电站dc-MG是电力电子变换器主导的弱阻尼、低惯性系统，功率扰动(如：电动汽车负荷的投切，微源输出功率突变等)给充电站dc-MG带来冲击，影响其电压稳定性，降低了母线负载和电力电子变换器的效率和性能，危害系统的安全稳定运行。若能通过与交流微网类比，将虚拟同步发电机(virtual synchronousgenerator,VSG)技术应用于充电站dc-MG以增强其惯性，可解决直流母线电压波动问题，对于提高系统的稳定性和效率意义重大。

目前，关于变换器虚拟惯性控制的研究主要集中在交流系统的有功-频率支持上。常见的虚拟惯性控制策略是将变换器控制为虚拟同步发电机，分析关键控制参数对稳定性的影响，得到其不稳定运行域。国内外学者基于VSG的概念提出了一些新的控制策略来支持交流微网中的功率和频率。但与同步发电机不同，功率变换器不能吸收/传递任何动能，需要结合额外的储能单元模拟VSG的转子惯性。此外，直流电容的动态特性可为电网提供惯性响应。可利用直流电容的动态特性实现自同步，无需对同步单元进行任何修改。通过与交流系统类比，可将虚拟惯性控制引入直流变换器来模拟发电机的转动惯量和阻尼能力。这是增加充电站dc-MG惯性、抑制直流母线电压振荡的有效方法。VSG控制策略不需要精确获取系统参数，且可以消除宽频率区域中的谐振。此外可利用模块化多电平变换器(modularmulti-level converter,MMC)的储能能力来阻尼高压直流系统的电压波动。MMC的端口特性类似一个物理电容，其大小灵活可调，甚至可比变换器中的物理电容大，为高压直流系统操作提供了额外的自由度。综上所述，通过与交流系统类比，国内外学者已对dc-MG的虚拟惯性控制进行了初步的研究，但该技术在小信号建模和参数设计方面尚不完善。

鉴于此，本发明结合直流电容和直流电机的惯性效应提出了一种适用于线路调节变流器(line regulating converter，LRC)的虚拟直流电机控制，平抑直流电压波动。建立该控制方式下LRC的小信号模型，分析充电站直流变换器的动态响应。提出该控制方式下LRC的二阶简化模型，研究控制参数对控制效果的影响，为参数设计提供理论指导。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是平抑充电站dc-MG的母线电压波动，提高充电站dc-MG的电压稳定性，并对该控制策略的参数整定提供理论参考，提出一种平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

通过分析充电站dc-MG的惯量来源，结合电机的运行原理提出虚拟直流电机控制策略的基本原理；

建立该控制下LRC电路的小信号模型，推导出直流电压与输出电流之间的小信号传递函数，分析充电站受到扰动时母线电压的动态特性；