[发明专利]一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法

权利要求书

1.一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将直流变换器等效为直流电机，构建直流变换器虚拟直流电机模型；根据直流电机的机械方程与电磁方程，对直流变换器采用虚拟直流电机控制方法，使其具有直流电机的惯性特性；根据直流母线电压及其变化率，对虚拟直流电机控制中的控制参数设计参数自适应调节策略，优化其动态响应特性与抗扰动能力；

所述直流变换器虚拟直流电机模型的构建方法为：将直流变换器等效为一个二端口网络，前级接入储能单元，后级接入直流微网，通过虚拟直流电机控制使直流变换器呈现出直流电机的外特性；

所述直流电机的机械方程与电磁方程如下所示：

其中：J为转动惯量，ω为实际角速度，T_m为机械转矩，T_e为电磁转矩，D为阻尼系数，ω₀为额定角速度，P_e为直流电机的电磁功率，I_a为电枢电流，E为直流电机电枢感应电动势；

所述参数自适应调节策略中的虚拟阻抗J与阻尼系数D的值可根据直流母线电压波动值与变化率实时调节，当网侧负荷突然减少时，直流微网的输入功率大于输出功率，根据直流母线电压及其变化率，设置abcd四个时间点，其中a点直流母线电压开始上升，b点为直流母线电压峰值，c点为直流母线电压谷值，d点直流母线电压恢复稳定；

参数自适应调节策略具体包含如下步骤：

步骤一：设置abcd四个时间点的边界条件；

步骤二：根据直流母线电压及其变化率判断其所处时间阶段；

步骤三：在a-b阶段，由于直流母线电压的升高，虚拟直流电机控制中输入的机械转矩T_m增加，由式1可知，和初始虚拟转矩与阻尼系数相比，此时需要减小虚拟转矩J增大阻尼系数D，使直流母线电压波动降低，减少不平衡功率的传输；

步骤四：在b-c阶段，直流母线电压不断降低，此时需要增大虚拟转矩J减小阻尼系数D，以加快直流母线电压的恢复速度；当直流母线电压接近参考值时，应减小虚拟转矩J和阻尼系数D，降低直流母线电压穿越后的电压波动， 之后直流母线电压发生穿越，应减小虚拟转矩J增大阻尼系数D；

步骤五：在c-d阶段，直流母线电压从最低处恢复至额定值，为了防止直流母线电压再次进入震荡，需要增大虚拟转矩J和减小阻尼系数D，加快直流母线电压恢复稳定；

步骤六：在上述各阶段，当直流母线电压接近额定值时，减小虚拟转矩J和阻尼系数D。

2.根据权利要求1所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，所述直流电机的电枢回路电动势平衡方程如下所示：

U＝E-I_aR_a (3),

E＝C_TΦω (4)；

其中：U为直流电机输出电压，E为直流电机电枢感应电动势，I_a为电枢电流，R_a为直流电机电枢等效电阻，C_T为直流电机转矩系数，φ为直流电机每级磁通，ω为实际角速度；

在励磁电流不变时，直流电机感应电动势与实际角速度成正比，通过调节虚拟电机的实际角速度来维持直流变换器输出电压稳定。

3.根据权利要求2所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，根据直流电机的机械方程与电枢方程构建虚拟直流电机模型，使直流变换器拥有转动惯量与阻尼系数，在主流母线电压发生波动时具有一定的抗扰动能力，虚拟直流电机模型具体包括：

(1)虚拟直流电机控制的机械部分：机械功率P_m与额定角速度相除后可得虚拟直流电机的机械转矩T_m，根据上述机械方程与电磁方程可得直流电机的实际角速度，以实现虚拟电机转子的转矩与转速平衡；

(2)虚拟直流电机控制的电气部分：通过电枢方程得到变换器输出电流参考值I_a，并与感应电动势E相乘得到电机电磁功率P_e，与实际转矩相除后得到电磁转矩T_e并进行负反馈，将电机的转矩平衡转换成输出电压的平衡，以增强直流母线电压的惯性。