[發明專利]電池測試節能直流微網模型預測虛擬慣量電壓穩定方法

有效

• 申請號: 202111025013.0
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113765090B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 龍波;曾偉;陸鵬杰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）;電子科技大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/14;H02J5/00;G01R31/396;G01R1/28
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電池測試節能直流微網模型預測虛擬慣量電壓穩定方法。本發明主要應用在由動力電池組測試系統組成的直流微電網，克服了由于電池測試過程中頻繁充放電帶來的直流母線電壓波動過大的問題。通過添加虛擬電容引入虛擬慣量控制，同時結合模型預測控制，通過模型預測控制器預測并計算最優的參考電流補償量，然后疊加到虛擬慣性控制中的虛擬參考電流，進一步抑制直流母線電壓波動。最后投入到使用電壓電流的雙閉環控制的L型雙向AC?DC并網變換器中，在引起直流母線電壓波動的暫態過程，模型預測控制器通過采樣的直流母線電壓和電流，計算使直流母線電壓波動最小的補償電流，達到良好的電壓波動抑制效果。

技術領域

本發明屬于由能量回收電池測試系統構成的直流微電網領域，具體涉及一種適用于L型AC/DC雙向變換器的模型預測虛擬慣性控制的直流母線電壓波動抑制方法。

背景技術

現目前，電動汽車的快速發展，電池的性能和壽命直接影響電動汽車的大規模產業化。評估電動汽車的電池性能已經成為關鍵的電池技術問題。目前，蓄電池測試系統廣泛應用于評估動力電池組的特性，已經成為電動汽車行業不可或缺的重要部分。

當前的動力電池組測試系統放電方式包括兩種：電阻耗能式放電和能量回收并網放電。為了避免能量的大量浪費，本發明主要研究對象為由動力電池組測試系統構成的直流微電網。電池充放電測試通過DC-DC變換器實現，其釋放能量輸出到直流微網，然后通過雙向DC-AC變換器連接到電網，將測試能量回饋到電網，從而實現測試節能的目的。

圖1中展示了由動力電池測試系統組成的直流微電網，其由許多并聯的電池測試單元、DC-DC變換器、直流電容、和雙向DC-AC變換器等組成。其中，多個獨立動力電池組測試單元通過DC-DC變換器與直流母線連接，直流母線通過一個雙向變換器與交流電網相連，大大簡化了電路拓撲，節約了成本。由于雙向變換器的存在，動力電池測試系統不僅可以實現放電測試過程的放電并網，同時可以實現動力電池組的充放電性能測試。

由于相對獨立的動力電池組測試單元，它們進行充電或者放電測試的過程并不一定一致，并且電池功率也有差別，當出現不同的電池測試加入直流微網時，這會引起直流微網功率波動，盡管直流母線電容在一定程度上可以吸收或釋放功率來抑制波動，但它的容量是有限的。因此，直流母線將由于缺乏慣性而導致直流母線電壓波動，嚴重的電壓跌落或者超調威脅系統的穩定，危害其他器件和交流電網。因此，在保證穩定的情況下進行動力電池組的充放電測試尤為重要。

發明內容

本發明目的是提出一種虛擬慣量控制(virtual?inertia?control(VIC))和模型預測控制(model?predictive?control(MPC))相結合的方法，為由動力電池測試系統構成的直流微網提供慣性，通過多步預測，提供最優的補償電流，抑制直流母線電壓波動，增強系統穩定性。

為了實現上述的目的，本發明采用如下技術方案。

首先通過引入虛擬電容C_vir來增加直流微網的慣性，圖2和3分別表示了直流微電網的簡化模型和虛擬電容的功率變化，經過推導可以得到虛擬電流的變化量Δi

其中，為虛擬電壓參考，為虛擬電流參考，i₀為雙向變換器輸出電流。

同時模擬了同步發電機的阻尼特性，得到虛擬慣性控制方程

其中，k_D為阻尼系數，u₀為額定電壓。當直流母線由于充放電而引起功率波動時，由于虛擬慣性電容C_vir的存在，變換器通過吸收和釋放有功功率的來阻止直流母線電壓的變化，同時阻尼系數k_D進一步抑制電壓的振蕩。