[发明专利]电池测试节能直流微网模型预测虚拟惯量电压稳定方法

说明书

电池测试节能直流微网模型预测虚拟惯量电压稳定方法。本发明主要应用在由动力电池组测试系统组成的直流微电网，克服了由于电池测试过程中频繁充放电带来的直流母线电压波动过大的问题。通过添加虚拟电容引入虚拟惯量控制，同时结合模型预测控制，通过模型预测控制器预测并计算最优的参考电流补偿量，然后叠加到虚拟惯性控制中的虚拟参考电流，进一步抑制直流母线电压波动。最后投入到使用电压电流的双闭环控制的L型双向AC‑DC并网变换器中，在引起直流母线电压波动的暂态过程，模型预测控制器通过采样的直流母线电压和电流，计算使直流母线电压波动最小的补偿电流，达到良好的电压波动抑制效果。

技术领域

本发明属于由能量回收电池测试系统构成的直流微电网领域，具体涉及一种适用于L型AC/DC双向变换器的模型预测虚拟惯性控制的直流母线电压波动抑制方法。

背景技术

现目前，电动汽车的快速发展，电池的性能和寿命直接影响电动汽车的大规模产业化。评估电动汽车的电池性能已经成为关键的电池技术问题。目前，蓄电池测试系统广泛应用于评估动力电池组的特性，已经成为电动汽车行业不可或缺的重要部分。

当前的动力电池组测试系统放电方式包括两种：电阻耗能式放电和能量回收并网放电。为了避免能量的大量浪费，本发明主要研究对象为由动力电池组测试系统构成的直流微电网。电池充放电测试通过DC-DC变换器实现，其释放能量输出到直流微网，然后通过双向DC-AC变换器连接到电网，将测试能量回馈到电网，从而实现测试节能的目的。

图1中展示了由动力电池测试系统组成的直流微电网，其由许多并联的电池测试单元、DC-DC变换器、直流电容、和双向DC-AC变换器等组成。其中，多个独立动力电池组测试单元通过DC-DC变换器与直流母线连接，直流母线通过一个双向变换器与交流电网相连，大大简化了电路拓扑，节约了成本。由于双向变换器的存在，动力电池测试系统不仅可以实现放电测试过程的放电并网，同时可以实现动力电池组的充放电性能测试。

由于相对独立的动力电池组测试单元，它们进行充电或者放电测试的过程并不一定一致，并且电池功率也有差别，当出现不同的电池测试加入直流微网时，这会引起直流微网功率波动，尽管直流母线电容在一定程度上可以吸收或释放功率来抑制波动，但它的容量是有限的。因此，直流母线将由于缺乏惯性而导致直流母线电压波动，严重的电压跌落或者超调威胁系统的稳定，危害其他器件和交流电网。因此，在保证稳定的情况下进行动力电池组的充放电测试尤为重要。

发明内容

本发明目的是提出一种虚拟惯量控制(virtual inertia control(VIC))和模型预测控制(model predictive control(MPC))相结合的方法，为由动力电池测试系统构成的直流微网提供惯性，通过多步预测，提供最优的补偿电流，抑制直流母线电压波动，增强系统稳定性。

为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案。

首先通过引入虚拟电容C_vir来增加直流微网的惯性，图2和3分别表示了直流微电网的简化模型和虚拟电容的功率变化，经过推导可以得到虚拟电流的变化量Δi

其中，为虚拟电压参考，为虚拟电流参考，i₀为双向变换器输出电流。

同时模拟了同步发电机的阻尼特性，得到虚拟惯性控制方程

其中，k_D为阻尼系数，u₀为额定电压。当直流母线由于充放电而引起功率波动时，由于虚拟惯性电容C_vir的存在，变换器通过吸收和释放有功功率的来阻止直流母线电压的变化，同时阻尼系数k_D进一步抑制电压的振荡。