一种直流虚拟惯量与电压环稳定裕度解耦方法

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种直流虚拟惯量与电压环稳定裕度解耦方法。

背景技术

直流微电网是一个以电力电子变流器为主体的低惯量系统，其母线电压对源荷功率不平衡相当敏感，频繁的负荷切换和可再生能源的随机功率波动等大扰动容易导致剧烈的直流母线电压变化，从而降低变流器的效率、危害敏感负荷甚至影响直流微电网的稳定性。

电压源型变流器可采用直流虚拟惯量控制及时响应系统扰动，并通过快速释放或吸收功率来抑制电压波动。传统虚拟惯量方法通过将电压微分或高通滤波器直接应用于电压控制环路，从而模拟直流电容器的特性，可实现良好的动态性能。然而，微分控制的增益系数受限于变流器的电压环的环路稳定裕度，导致即使在电源侧能力充足的情况下可实现的虚拟直流惯量仍然很小。

发明内容

为实现电压源型变流器的大虚拟惯性控制，本发明提出了一种直流虚拟惯量与电压环稳定裕度解耦方法，通过引入新调节自由度，重构电压环控制结构，解耦了直流虚拟惯量和环路稳定裕度的参数设计，在满足电压环控制稳定裕度的前提下实现较大的虚拟直流惯量，从而抑制直流微电网母线电压波动。

本发明提出的直流虚拟惯量与电压环稳定裕度解耦方法，包括如下步骤：

1)在变流器电压控制中，变流器采样端口输出电压值u

2)电压误差u

i

其中，K

3)电压误差u

其中，R

4)i

i

5)电压控制环节输出的参考电流i

基于上述技术方案，本发明具备以下有益技术效果：

在直流微电网中，针对功率变流器的电压环虚拟惯性控制，传统方案采用微分控制器：

i

该方案仅具备C

附图说明

图1为Buck变流器电路及控制结构的示意图；

图2为电压控制器的具体实现框图；

图3为传统方案与本发明方案的稳定性对比图；

图4为本发明方案随着虚拟惯量增大的电压波形图。

具体实施方式

为更详细地解释本发明，下面以Buck变流器为例，结合附图和实施例，对本发明做进一步地详细说明。需要说明的是，本发明方法适用于任意的输出端口为直流的变流器，包括AC-DC和DC-DC变流器的各类拓扑。

图1为Buck变流器电路及控制结构的示意图，变流器通过采样直流母线电容C

图2为电压控制器的具体实现框图，包含电压下垂控制环节和虚拟惯性控制环节。其中，K

1)在变流器电压控制中，将电压参考值u

2)电压误差u

i

3)电压误差u

其中，虚拟电阻R

4)i

i

5)i

在图1所示的变流器电路及控制结构下进行验证，参数设置如下：直流母线电容C

进一步，针对新能源发电功率波动情况，本发明方案可在满足电压环控制稳定裕度的前提下实现较大虚拟惯量C

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内，如采用不同的变流器结构、不同电流内环控制等。因而，权利要求书旨在涵盖本发明真正构思和范围内的所有变型。