[发明专利]含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法

权利要求书

1.一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量分析；

步骤2，构建电压变化率和下垂曲线截距调整量的线性关系，实现虚拟惯量控制；

步骤3，采用嵌套幂函数的双曲正切函数对虚拟惯量实现自适应调节，使线性关系满足实际灵活需求，实现在电压变化率较小时，缩短暂态响应时间；在电压变化率较大时，确保有较大的虚拟惯性支撑能力，并阻止变流器的输出超出限值；

步骤4，控制飞轮的转子转速迅速调整，及时为系统提供辅助功率，提升直流微电网的惯性支撑。

2.根据权利要求1所述的一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：

直流微电网的惯性时间常数为：

式中：W_ei表示为并联电容C_i储存的能量；S_Nci为C_i的容量基值；U为直流侧电压值；

H_{dc_microgrid}的物理学含义为：在额定电压下电容器释放贮存电能所需时间，直流侧电容值C_i小，惯性时间常数H_{dc_microgrid}小，系统惯性不足；

直流微电网直流电容侧的功率关系为：

式中，P_r和P_s分别代表所需总功率和储能单元输出功率；P_c和U_dc分别为流入电容器的功率和直流电压；

U_dc保持恒定时，有P_r＝P_s成立，

当直流微电网受到扰动，在附加控制作用下飞轮储能系统快速充放电为系统提供惯性，在直流侧虚拟出一较大的电容，即C_vir，并使功率源提供辅助功率ΔP_s来降低电压改变速度，ΔP_s为：

式中，P’_s为在附加控制作用下飞轮储能的输出功率；

在负载输出功率波动ΔP_r时，有：

P_s′-(P_r+ΔP_r)＝P_c+ΔP_s (4)

结合式(2)和(3)可得：

附加虚拟惯性控制后，直流侧的电容值由C增加至C+Cvir，结合式(1)可知，系统的惯性时间常数变为：

3.根据权利要求2所述的一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：

当飞轮储能系统采用基于P-U特性的下垂控制时，有：

式中，U_ref表示下垂曲线的纵截距；1/k为下垂系数。

由于P-U特性下垂控制不能反映飞轮储能系统对于电压变化的灵敏，也不能提供惯性，故提出通过调节下垂曲线截距来控制变流器快速吸收和释放功率，实现虚拟惯性控制；

令下垂截距调整量ΔU_ref和电压变化率dU/dt相结合，使其随dU/dt性变化；当dU/dt为正时，降低U_ref以防止电压进一步增大，反之则应当增大U_ref；可得：

式中，U_ref0为初始时下垂曲线截距；k_d为调节参数，且k_d0；

将式(8)代入式(7)，得：

再结合式(7)，记U_ref0与U产生的电压变化量所需功率为P′_s，故可得：

对比式(3)和式(10)，消去dU/dt得：

U_ref随dU/dt反向线性控制即为C_vir恒定的虚拟惯性控制，并且k_d愈大，C_vir愈大。