[發明專利]用于直流光儲變換器的虛擬直流電機自適應控制方法

在審

• 申請號: 202210041758.4
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114362129A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張輝;吳林昆;張澤川;安亞偉;曾成
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02M3/156;H02M3/158;H02J7/35
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.用于直流光儲變換器的虛擬直流電機自適應控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在儲能裝置變換器的傳統雙閉環PI控制中引入虛擬直流電機控制；

步驟2，分析負載波動時虛擬轉動慣量的響應情況，找出不同電壓波動下最佳的轉動慣量J；

步驟3，將模糊邏輯控制引入到虛擬直流電機控制中，得到轉動慣量自適應調節的虛擬直流電機控制。

2.根據權利要求1所述的用于直流光儲變換器的虛擬直流電機自適應控制方法，其特征在于，所述的步驟1，具體做法是：

步驟1.1，建立儲能接口變換器的模型，并與直流電機的模型進行對比，建立虛擬直流電機模型；

儲能接口的雙向Buck-Boost變換器等效為一個二端口網絡，前端接蓄電池儲能裝置，后端接直流母線；其等效的二端口網絡與直流電機的等效模型相似，可模擬直流電機所具有的特性；

步驟1.2，針對直流微電網母線電壓的穩定控制，以儲能接口變換器為控制對象，在雙閉環恒壓控制中加入虛擬直流電機控制環節，以提升直流母線電壓的動態穩定性；

其中直流電動機的機械轉動方程如式(1)所示：

式中，T_e＝P_e/ω，J為轉動慣量，D為阻尼系數，T_m和T_e分別為直流電機的機械轉矩和電磁轉矩；ω為直流電機的實際旋轉角速度；ω₀為額定角速度；P_e為電磁功率；

電動勢平衡方程為：

U_o＝E-R_aI_a (2)

E＝C_Tφω (3)

式中，U_o為機端電壓，R_a為電樞回路等效電阻，I_a為電樞電流，E為直流電機的電樞感應電動勢，C_T為轉矩系數，φ為每極磁通；

直流電壓U_bus在DC-DC變換器中的作用可以與直流電機的機械角速度ω在直流電機中的作用相類比，將ω與直流母線電壓U_bus等效，將ω₀與直流母線電壓額定值U_{bus_ref}等效，將虛擬直流電機控制應用于DC-DC變換器的控制中，使其具備直流電機的慣性與阻尼特性。

3.根據權利要求1所述的用于直流光儲變換器的虛擬直流電機自適應控制方法，其特征在于，所述的步驟2，具體做法為：

建立儲能雙向Buck-Boost變換器小信號等效電路以及加入VDCM后的控制框圖，得到加入虛擬直流電機控制后的小信號模型，推導出其開環傳遞函數為：

式中，G₁(s)為直流母線電壓偏差dU_bus/dt對于電樞電動勢偏差ΔE的傳遞函數；G₂(s)為電樞電動勢偏差ΔE對于儲能變換器輸入電流I_bat的傳遞函數；G_PLi(s)為電壓PI控制器的傳遞函數；G_ud(s)為占空比小擾動對母線電壓的傳遞函數，G_id(s)為占空比小擾動對電感電流的傳遞函數；V_m為載波峰值；由G_uo(s)繪制加入虛擬直流電機控制后的開環Bode圖，為探討加入虛擬直流電機控制后的控制策略中轉動慣量J對穩定性的影響，繪制不同的J時的雙向變換器開環Bode圖；發現轉動慣量J主要影響高頻段，在內，增大J可以增加系統的穩定性和幅角裕度，但是J超過15后，母線電壓波動時恢復時間較長，因此J的大小應該根據控制對象合理選擇。

4.根據權利要求1所述的用于直流光儲變換器的虛擬慣性自適應控制方法，其特征在于，所述的步驟3，具體做法為：

對母線電壓變化率dU_bus/dt和轉動慣量J建立相應的模糊子集，構建合適的模糊規則，并將模糊規則加入到虛擬直流電機控制中，使得J隨母線電壓變化自適應改變，結合直流微電網的額定電壓為400V的仿真實驗，控制母線電壓變化率的論域為dU_bus/dt∈(-15V/s,15V/s)，在仿真中取dU_bus/dt的絕對值，即|dU_bus/dt|∈(0V/s-15V/s),相應的模糊子集為：{a,b,c,d,e,f}，分別表示接近0、小、略小、中、略大、大；模糊控制器輸出的轉動慣量J的論域為相應的模糊子集為：{F,E,D,C,B,A}，分別表示最小、小、略小、中、略大、最大。