[发明专利]电池测试直流微网分数阶模型预测虚拟惯性控制方法

说明书

分数阶虚拟惯量预测控制电池测试直流微网电压稳定方法。本发明为了克服由动力电池测试系统构成的直流微电网情况下的电池充放电导致直流母线电压波动问题，采用分数阶模型预测虚拟惯性控制策略(FO‑MPC‑VIC)的双向变换器，使得电网能够为直流微网提供惯性支持，抑制直流母线电压波动。FO‑MPC‑VIC控制中包含了分数阶虚拟惯性控制(FO‑VIC)和分数阶模型预测控制器(FO‑MPC)，其中FO‑VIC为系统提供惯性支持，它是将虚拟惯性控制(VIC)中一阶惯性环节用分数阶惯性环节替换，相比于传统VIC的一阶惯性环节，分数阶系统不仅在伯德图5中有更大的稳定裕度，提高了系统的稳定性；而且提供了额外的分数阶阶次的自由度，可以通过调节分数阶阶次来满足不同情况的工作需求。FO‑MPC通过建立分数阶模型预测控制器，提高FO‑VIC的动态响应，在瞬态提供虚拟参考电流增量，然后叠加到FO‑VIC的参考电流指令值中，进一步提高直流母线电压的动态性能。

技术领域

本发明属于由动力电池测试系统构成的微电网领域，具体涉及一种电池充放电测试双向DC-DC变换器和一种适用于L型双向DC-AC变换器的分数阶模型预测虚拟惯性控制(FO-MPC-VIC)方法。

背景技术

蓄电池组测试系统(PABTS)已被广泛用于评估动力电池组的性能和可靠性，在电动汽车中发挥着重要作用。然而，如果没有节能技术，大部分的测试能量将被浪费掉。

为了避免不必要的能量浪费，提出了基于能量回收蓄电池测试系统的直流微网，如图1所示。它包括电池测试单元及其控制系统、双向并网变流器(BGCC)和通信总线。在提出的直流微电网中，电池的充放电测试可以通过双向DC-DC转换器来实现。BGCC用于从交流电网中回收或吸收能量，以便将直流母线电压保持在预定值内。

与传统的基于蓄电池测试系统的交流微电网不同。所提出的直流微电网不需要每个测试单元都要一个DC-AC转换器，这大大减少了转换器数量，更节省了成本、提高了转换效率。在提出的电池测试直流微网中，直流母线电压用于评估系统稳定性。然而，电池的频繁充放电容易引起直流母线电压的功率波动，威胁系统的稳定性。因此，稳定直流微电网的直流母线电压尤为重要。

与交流微电网类似，基于电力电子的直流微电网具有非常小的惯性。目前关于基于蓄电池测试系统的直流微电网稳定性的文献不多，其分析方法可参考交流微电网。作为最流行的功率波动平滑方法之一，惯性控制得到了广泛的应用，通常包括储能系统(ESS)和应用虚拟惯性控制(VIC)的功率变换器。由于ESS体积大、成本高，因此不能适用于电池测试微网领域，因此采用并网型电池测试微网系统是最优方案。

发明内容

本发明目的在于优化由蓄电池测试系统构成的直流微电网中的直流母线电压，提供一种根据微电网电压波动的瞬态来实时补偿VIC中的虚拟参考电流指令值，从而达到直流母线电压波动的抑制。

为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案。

图2为蓄电池测试系统的直流微电网简化框图，由多个电池测试单元、双向DC-DC变换器、直流母线电容、双向DC-AC并网变换器和L型滤波器组成。

提出的基于蓄电池测试系统的直流微电网不需要额外的储能系统来提供惯性支持，其惯性支持来自VIC和交流电网。系统的稳定运行需要BGCC的支持。当DC-MG由于蓄电池充放电测试而出现功率波动时，BGCC可以通过虚拟惯性控制策略从电网吸收或释放功率，以保持直流母线电压稳定。

外环控制采用虚拟惯性控制策略，内环为电流控制。虚拟惯性控制是通过引入虚拟电容器来模拟了同步发电机的P-f下垂控制，这里是电压和电流的I-U下垂；用虚拟电容模拟了同步发电机的惯性系数J，这里用C_vir表示；同时模拟同步发电机的阻尼特性，这里用电流阻尼系数k_D表示。因此虚拟惯性控制可以表示为