一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法技术

一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，涉及电力电子技术领域。本发明专利技术是为了解决多变换器之间的阻抗不匹配会导致直流母线电压发生谐振的问题。本申请一方面通过设计类电机灵活虚拟惯性控制方程，将惯性和阻尼参数引入直流变换器中来提高直流母线的稳定性，本申请的另一方面涉及一种基于阻抗重塑的辅助性虚拟负载。针对能量路由器各部分子系统建立数学建模，分析各部分输出、输入阻抗。采用直流变换器的输出电流作为虚拟负载电流，将辅助性虚拟负载电流注入到类电机灵活虚拟惯性控制的输出，调节直流变换器的输入、输出阻抗，进而修改变换器的端口特性，从根本上消除谐振通路。它用于提高直流母线的稳定性，并消除变换器之间谐振。器之间谐振。器之间谐振。

【技术实现步骤摘要】
一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法


[0001]本专利技术涉及一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，涉及电力电子


技术介绍

[0002]随着煤、石油、天然气等不可再生能源的大量使用，全球正在面临能源枯竭的问题，因此光伏、风力、潮汐能等可再生的清洁能源得到人们越来越多的关注，大量形式多样、性能有差异的分布式电源得以快速的发展，所以为了解决供电形式以及能量流动方向的多样性，发展了基于电力电子变换技术的多端口能量路由器。
[0003]分布式发电技术虽然具有布局分散、清洁高效等优点，但在环境因素影响下，分布式电源的出力呈现明显的间歇性和随机性，直接接入电网会影响电能质量，降低供电可靠性，所以大多会添加储能装置。在能量路由器系统中，光伏太阳能板、直流负载以及各类型储能装置均通过电力电子变换装置接入系统的直流母线上，当直流母线上同时接入多台特性不同的变换器亦或是负载功率发生突变时，由于电力电子变换装置具有低惯性、低阻尼的特性，所以瞬间的电压冲击以及多变换器之间的阻抗不匹配会导致直流母线电压发生谐振(振荡)，从而危害能量路由器的稳定运行。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决多变换器之间的阻抗不匹配会导致直流母线电压发生谐振的问题。现提供一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法。
[0005]一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤1、根据直流母线电压额定值与直流母线电压实际值的差值和直流变换器功率给定参考值，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率；
[0007]步骤2、在直流变换器中的直流母线侧电容旁边并联一个虚拟电容，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式；
[0008]步骤3、根据设定的虚拟同步发电机的转子运动方程，在直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式中引入惯性和阻尼环节，从而得到与设定的虚拟同步发电机的转子运动方程特性一致的类电机灵活虚拟惯性控制方程，根据直流母线电压变化率，通过实时调节类电机灵活虚拟惯性控制方程中的惯性和阻尼环节，实现对直流母线电压瞬时值的调节；
[0009]步骤3、在直流变换器中设置辅助性虚拟负载阻抗，结合直流母线侧输出电流，得到辅助性虚拟负载的电压，辅助性虚拟负载的电压结合直流母线电压瞬时值，得到直流变换器输出电压参考值，该参考值与直流母线电压做差运算后依次经过PI控制器和电流换算器，得到直流变换器电感电流参考值，该参考值与直流变换器电感电流做差运算后依次经过PI控制器以及PWM发生器，给到直流变换器的两个开关管，从而实现双向DC
‑
DC变换器的控制。
[0010]优选地，步骤1中，直流变换器流向直流母线侧电容的功率，表示为：
[0011]P
out
＝P
n
+k
p
(u
dcn
‑
u
dc
)
ꢀꢀ
公式1，
[0012]式中，P
out
为直流变换器流向直流母线侧电容的功率，P
n
为直流变换器功率给定参考值，k
p
为灵活控制参数，u
dcn
为直流母线电压额定值，u
dc
为直流母线电压实际值。
[0013]优选地，步骤2中，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式的过程为：
[0014]在直流变换器中的直流母线侧电容旁边并联一个虚拟电容，利用基尔霍夫电流定律可得：
[0015][0016]式中，i
out
为桥臂输出侧电流，i
o
为直流母线侧输出电流，i
C
为流过直流母线电容的电流，为虚拟电容的电流，
[0017]流过直流母线电容的电流i
C
和虚拟电容的电流表示为：
[0018][0019]式中，u
dc1
为直流母线电压瞬时值，C为流过直流母线电容，C
V
为虚拟电容，t为时间，
[0020]直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式为：
[0021][0022]式中，P
out
为直流变换器流向直流母线侧电容的功率，P
o
为直流母线侧电容流向直流母线的功率。
[0023]优选地，步骤3中，虚拟同步发电机的转子运动方程表示为：
[0024][0025]式中，T
m
、T
e
、T
D
分别为虚拟同步发电机的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩，P
ref
为有功功率给定，P
e
为电磁功率，ω
ref
为电网额定角频率，D为频率阻尼系数，ω为虚拟同步发电机机械角速度，J为转子转动惯量；
[0026]在公式4中引入阻尼环节D(u
dc1
‑
u
dcn
)，忽略公式4中的C，得到类电机灵活虚拟惯性控制方程表示为：
[0027][0028]当系统运行处于稳态时，u
dc1
＝u
dcn
，公式6变形为：
[0029][0030]对公式7等号两侧同时积分并进行拉普拉斯变换，得到直流母线电压瞬时值为：
[0031][0032]式中，s为拉普拉斯算子，u
dcn
为直流母线电压额定值。
[0033]优选地，步骤3中，辅助性虚拟负载的电压，表示为：
[0034]u
dc1
+i
o
(R
V
+sL
V
)＝u
dc
ꢀꢀ
公式9，
[0035]式中，i
o
(R
V
+sL
V
)为辅助性虚拟负载的电压，R
V
为虚拟电阻，L
V
为虚拟电感，s为拉普拉斯算子，u
dc
为直流母线电压，u
dc1
为储能变换器输出电压。
[0036]优选地，D表示为：
[0037][0038]式中，D0为阻尼系数的初始值，k
c
、k
d
均为灵活控制参数，M为设定母线电压变化阈值。
[0039]优选地，虚拟电容C
V
表示为：
[0040][0041]式中，C
V0
为虚拟惯性参数的初始值，k
a
、k
b
均为灵活控制参数，M为设定母线电压变化阈值。
[0042]本专利技术的有益效果为：
[0043]本申请一方面通过设计类电机灵活虚拟惯性控制方程，将惯性和阻尼参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、根据直流母线电压额定值与直流母线电压实际值的差值和直流变换器功率给定参考值，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率；步骤2、在直流变换器中的直流母线侧电容旁边并联一个虚拟电容，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式；步骤3、根据设定的虚拟同步发电机的转子运动方程，在直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式中引入惯性和阻尼环节，从而得到与设定的虚拟同步发电机的转子运动方程特性一致的类电机灵活虚拟惯性控制方程，根据直流母线电压变化率，通过实时调节类电机灵活虚拟惯性控制方程中的惯性和阻尼环节，实现对直流母线电压瞬时值的调节；步骤3、在直流变换器中设置辅助性虚拟负载阻抗，结合直流母线侧输出电流，得到辅助性虚拟负载的电压，辅助性虚拟负载的电压结合直流母线电压瞬时值，得到直流变换器输出电压参考值，该参考值与直流母线电压做差运算后依次经过PI控制器和电流换算器，得到直流变换器电感电流参考值，该参考值与直流变换器电感电流做差运算后依次经过PI控制器以及PWM发生器，给到直流变换器的两个开关管，从而实现双向DC
‑
DC变换器的控制。2.根据权利要求1所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，其特征在于，步骤1中，直流变换器流向直流母线侧电容的功率，表示为：P
out
＝P
n
+k
p
(u
dcn
‑
u
dc
)
ꢀꢀ
公式1，式中，P
out
为直流变换器流向直流母线侧电容的功率，P
n
为直流变换器功率给定参考值，k
p
为灵活控制参数，u
dcn
为直流母线电压额定值，u
dc
为直流母线电压实际值。3.根据权利要求1所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，其特征在于，步骤2中，得到直流变换器流向直流母线侧电容的功率与直流母线侧电容流向直流母线的功率的关系式的过程为：在直流变换器中的直流母线侧电容旁边并联一个虚拟电容，利用基尔霍夫电流定律可得：式中，i
out
为桥臂输出侧电流，i
o
为直流母线侧输出电流，i
C
为流过直流母线电容的电流，为虚拟电容的电流，流过直流母线电容的电流i
C
和虚拟电容的电流表示为：式中，u
dc1
为直流母线电压瞬时值，C为流过直流母线电容，C
V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣爽，马健程，关万琳，陈晓光，郝文波，崔佳鹏，胡远婷，刘进，谷博文，刘延龙，尤超，
申请(专利权)人：国家电网有限公司哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：