CN110212515B - 直流电网dab型换流器的自适应虚拟直流电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，所述方法将虚拟直流电机作为直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的控制模型，根据直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述和控制DAB型换流器的运行，同时在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节直流发电机惯性时间常数的大小，达到抑制直流母线电压波动的目的。本发明利用虚拟直流电机模型使变换器具备直流电机所具有的硬特性和动态特性，通过惯性时间系数的调节在保证换流器安全运行的同时最大限度地抑制直流母线电压暂降，仿真结果表明，本发明可在微源功率突变、负荷投切、大电网扰动时抑制直流母线电压的波动，提高电能质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的方法，所述方法可在微源功率突变、负荷投切、大电网扰动等功率不平衡的情况下稳定直流母线电压，属于控制技术领域。
背景技术
建设和发展直流配电网适应了当今对节能减排和能源综合利用的需求，在可再生能源规模化接入、促进传统电网向智能电网过渡等方面具有重要意义。然而，直流配电网为小惯性系统，间歇性分布式能源的功率突变、负荷的频繁投切、大电网扰动等均可造成直流电压暂降，威胁着直流电网的安全稳定运行，直流母线电压质量也会直接影响接入的交直流负载和电力电子变换器的效率和性能。相较交流电网，直流配电网中的负载如变频器、数据中心等对电压的突然变化也更加敏感，因此对直流母线电压稳定性的要求将更加严格。
在直流电网中，能与直流电网进行功率双向交换的储能单元是辅助稳定直流电压的良好选择。通过双有源全桥(dual active bridge，DAB)DC-DC变换器并入电网的蓄电池，若对其配以合适的控制策略，既能快速消纳微网内剩余功率、快速弥补功率缺额，又不受电网运行模式的影响，并且能够有效地减少直流电压暂降幅值，提高直流电网电压质量。因此，针对储能单元DAB型换流器的控制策略进行研究是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的控制方法，以稳定直流母线电压，提高直流电网电压质量。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种直流电网DAB型换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，所述方法将虚拟直流电机作为直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的控制模型，根据直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述和控制DAB型换流器的运行，使换流器具备直流电机的惯性特性，同时在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节虚拟直流电机的惯性时间值，使惯性支持的响应速度与大小灵活可变，达到抑制直流母线电压波动的目的。
上述直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，根据直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述和控制DAB型换流器，函数表达式如下：
直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程：
E＝U+IRa
式中：H为直流电机的惯性时间常数，ξ为直流电机的阻尼系数；ω、ω0分别为直流电机的机械角速度及其额定值；Tm、Te分别为直流电机的机械和电磁转矩，机械转矩Tm写为Tm＝Pm/ω0，电磁转矩Te写为Te＝Pe/ω，其中，Pm、Pe分别为直流电机的输入机械功率和输出电磁功率；E为直流电机的电枢电动势，记为E＝CTφω，这里CT为电动势常数，φ为磁通；Ra为电枢回路总的等效电阻；U为机端电压，I为电枢电流。
将蓄电池储能单元DAB型换流器输出侧的直流母线电压反馈值udc视作直流电机机械角速度的实际值ω，直流母线电压额定值视作机械角速度的额定值ω0；直流电机的输入机械功率Pm与DAB型换流器的输出功率参考值对应，直流电机的输出电磁功率Pe与换流器的输出功率实际值对应；其他参数沿用真实直流电机中的参数取值，使用时按照实际的控制效果仍需再进一步调整；明确DAB型换流器与虚拟直流电机参数之间的对应关系，依据上述控制方程将DAB型换流器转换为虚拟直流电机，其控制的输出量为DAB型DC-DC换流器的输出电流参考值；换流器采用单移相方式，再经由PI控制器得到换流器两侧全桥桥臂驱动信号之间的移相比D；换流器的输出电流参考值和移相比为一一对应的关系，控制该移相比即可实现对输出电流参考值的控制，最终实现对DAB型换流器的控制。
上述直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节直流发电机惯性时间常数H，实现步骤如下：
以直流母线电压变化率dudc/dt和储能端换流器的剩余容量ΔPr作为模糊控制器的输入量，输入量经过模糊化、模糊推理以及解模糊后得到惯性时间系数λ，由惯性时间系数对直流发电机的惯性时间进行修正，使惯性支持的响应速度与大小灵活可变，使其在电压波动瞬间提供较好的动态功率支持；直流发电机惯性时间公式为：
式中：H0表示稳态时的惯性时间常数，H表示随运行情况变化的变惯性时间常数。
上述控制回路的输出量为DAB换流器的移相比D，D为作用在主电路DAB两侧桥臂驱动信号之间的移相比。
本发明利用虚拟直流电机模型使变换器具备直流电机所具有的惯性特性，通过惯性时间系数的调节在保证换流器安全运行的同时最大限度地抑制直流母线电压暂降。仿真测试中，网内发生阶跃性功率波动时，所述控制方法将直流母线电压的扰动量从0.04pu降低到不足0.01pu；网内发生随机性功率波动时，所述控制方法能够将直流母线电压的扰动量降低一半。仿真结果表明，本发明可在微源功率突变、负荷投切、大电网扰动时抑制直流母线电压的波动，提高电能质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1为多端直流电网的结构图；
图2为储能单元DAB型DC-DC变换器的拓扑图；
图3为基于模糊逻辑的自适应虚拟直流电机控制的控制原理框图；
图4为自适应惯性时间系数设计中模糊控制器的控制结构框图；
图5是模糊控制器中输入量输出量的隶属函数；
图6是模糊控制器的模糊推理输出曲面图；
图7是系统中仅储能端改变其指令功率时，加入VDCM控制策略前后的仿真波形对比图；
图8是直流配电网内发生阶跃性功率波动时，系统在无VDCM控制、VDCM控制、AVDCM控制下的波形对比图。
图中和文中各符号为：Pgrid为联网换流器输出功率，Pacload为交流负荷功率，Pdcload为直流负荷功率，PBat为储能单元充放电功率，G-VSC为交流主网侧电压源型换流器(简称联网换流器)，L-VSC为交流负荷侧电压源型换流器，L-DC为直流负荷侧升压或降压斩波换流器，DAB为储能单元DAB型DC-DC变换器；udc表示直流母线电压，UBat表示蓄电池额定电压，表示储能单元侧直流母线电压额定值。ib表示储能端双有源(DAB)DC-DC变换器的输出电流，Lb表示DAB型变换器的等效电感，n表示变压器变比，D表示两侧全桥桥臂间的移相比。在自适应虚拟直流电机控制中，H0表示稳态时的惯性时间常数，H表示随运行情况变化的变惯性时间常数，ξ表示直流电机的阻尼系数，ω、ω0分别表示直流电机的机械角速度及其额定值，Tm、Te分别表示直流发电机的机械和电磁转矩，机械转矩Tm可以写为Tm＝Pm/ω0，电磁转矩Te可以写为Te＝Pe/ω，其中Pm表示直流电机的输入机械功率，输出电磁功率Pe为直流电机的电枢电动势E和电枢电流I的乘积；电枢电动势E写为E＝CTφω，其中CT为转矩系数、电动势常数，φ为磁通；Ra表示电枢回路总的等效电阻，U表示机端电压，I表示电枢电流；PBref表示储能单元的指令功率，ΔP表示功率修正，Ibref表示指令电流；dudc/dt表示直流母线电压变化率，ΔPr表示储能端换流器的剩余容量，λ表示惯性时间系数；在模糊逻辑控制器中，直流母线电压变化率dudc/dt的基本论域所对应的模糊子集为：{NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}，分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；换流器剩余容量ΔPr的基本论域所对应的模糊子集为：{AP，NE，NO，OS}，分别表示逼近，靠近，正常，过大；模糊逻辑控制器输出的惯性时间系数λ的基本论域所对应的模糊子集包含了A-G的七个字母。
具体实施方式
本发明提供了一种直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的控制方法，本发明方法采用了基于模糊逻辑的自适应虚拟直流电机控制方法(AVDCM)，可在微源功率突变、负荷投切、大电网扰动时抑制直流母线电压的波动，提高电能质量。
本发明以储能端DAB型DC-DC变换器为被控对象，利用直流电机的机械特性与电磁特性使变换器具备了直流电机较硬的外特性；在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节AVDCM控制中惯性时间系数的大小，以兼顾换流器的安全性与缓解直流电压暂降程度。
AVDCM控制原理分为两部分内容：VDCM控制和基于模糊逻辑的自适应惯性时间系数调节。其中，VDCM控制用直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述，为使换流器具备直流电机较硬的外特性:
E＝U+IRa
式中：H为直流发电机的惯性时间常数，ξ为直流电机的阻尼系数；ω、ω0分别为直流电机的机械角速度及其额定值；Tm、Te分别为直流发电机的机械和电磁转矩。E为直流电机的电枢电动势；Ra为电枢回路总的等效电阻；U为机端电压，I为电枢电流。
基于模糊逻辑的自适应惯性时间系数调节则是用于修正惯性时间常数H。为使储能端根据运行情况调整惯性时间常数的大小，在保证换流器安全运行的前提下将改善直流电网电压暂降的效果发挥至最大，本发明综合考虑直流母线电压变化率、储能端换流器的剩余容量和系统的调压需求，提出了基于模糊逻辑的自适应算法来得到这一系数λ，使用模糊控制器合理地去修正惯性时间常数H。
本发明针对的应用场合为多端直流电网如图1所示。该直流电网系统包含交流主网、交流负载、直流负载和储能四个单元，每个单元通过相应的电力电子变流器与直流母线相连，直流母线电压成为衡量系统稳定运行的关键指标。其中，udc表示直流母线电压，Pacload、Pdcload、Pgrid、PBat分别表示交流负荷功率、直流负荷功率、并网功率和蓄电池充放电功率，定义各单元向微网注入功率时为正方向。G-VSC为交流主网侧电压源型换流器(简称联网换流器)，L-VSC为交流负荷侧电压源型换流器，L-DC为直流负荷侧升压或降压斩波换流器，DAB为储能单元DAB型DC-DC变换器。在直流配电网中，交流主网单元采用定电压控制，其余单元采用定功率控制。
本发明针对的控制对象为储能单元DAB型DC-DC变换器如图2所示。DAB型DC-DC变换器是一种典型的电力电子变换器，通过DC/AC、AC/DC两级结构进行电能的高频变换。在涉及到的DAB变换器拓扑结构中，由电压比为1：2的高频变压器T、电感Lb、变压器一次侧和二次侧主动全桥组成，其中一次侧全桥通过LC滤波器(由L1、C1组成)与蓄电池相连，二次侧全桥通过LC滤波器(由L2、C2组成)与直流母线相连。DAB型变换器的功率通过电感Lb传输，采用单移相控制，即通过控制变压器原边侧全桥桥臂和副边侧全桥桥臂的驱动脉冲信号之间的移相角，来实现对传输功率大小和方向的调节。这里，该变换器采用定功率(定电流)控制如图3(b)中所示，给定储能端指令功率(电流)，经过传统PI控制输出移相比D，从而实现储能端的功率输出。
下面结合控制原理图，对本发明所述的基于模糊逻辑的自适应虚拟直流电机控制方法进行详细说明。
储能端DAB型DC-DC变换器采用的虚拟直流电机模型如图3(a)所示，目的是将其在外特性上等效为直流电机，以解决直流电网的电压暂降、电能质量的问题。DAB型DC-DC换流器等效为一个二端口网络，前端的U1和I1接到蓄电池的直流输出端，后端的U2和I2与公共直流母线相连。换流器通过图3(b)所示的控制策略，可以使储能换流器的二端口网络模拟出直流电机所具有的硬特性和动态特性，其虚拟直流电机控制部分可以用直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述。直流电机机械转动方程为：
式中：H为直流发电机的惯性时间常数，在本发明中H为随运行情况自适应变化的变惯性时间常数，其基于模糊逻辑算法的控制框图将于图4中给出；ξ为直流电机的阻尼系数；ω、ω0分别为直流电机的机械角速度及其额定值；Tm、Te分别为直流发电机的机械和电磁转矩，机械转矩Tm可以写为Tm＝Pm/ω0，电磁转矩Te可以写为Te＝Pe/ω，其中Pm、Pe分别为直流电机的输入机械功率和输出电磁功率。
直流电机电枢回路的电动势平衡方程为：
E＝U+IRa
式中：直流电机的电枢电动势E可以写为E＝CTφω，这里CT为转矩系数、电动势常数，φ为磁通；Ra为电枢回路总的等效电阻；U为机端电压，I为电枢电流。直流电机的电磁功率Pe为电枢电动势E和电枢电流I的乘积，即Pe＝EI。
图3(b)为自适应虚拟直流电机控制(AVDCM)的控制原理框图，它阐释了控制是如何进行的。首先将直流母线电压的反馈值和参考值进行比较，得到功率修正量ΔP，PBref为储能单元原本设定的指令功率，由此得到直流电机的机械功率Pm，即换流器的输出功率参考值Pm。然后，依据直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程模拟直流电机的特性，从而得到指令电流Ibref。指令电流Ibref经由PI控制器，得到换流器两侧全桥桥臂驱动信号之间的移相比D，从而实现对DAB型DC-DC换流器的控制。其中，虚线框出的模糊逻辑控制，用于调节虚拟直流发电机惯性时间常数H的大小，使换流器所提供惯性支持的响应速度与大小灵活可变。在控制策略中，根据真实直流电机情况，CTφ取为5.1，Ra取为0.1，惯性时间H和阻尼ξ依据储能端预期的动态响应时间来选择。由于直流电压在直流系统中的作用，与直流电机的机械角速度在直流电机中的作用相类似，因此控制策略中直流电机机械角速度的实际值ω取为直流母线电压反馈值udc，机械角速度的额定值ω0取为直流母线电压额定值
图4为自适应惯性时间系数设计中模糊控制器的控制结构框图，在图中的模糊控制器(fuzzy logic controller,FLC)中，输入量经过模糊化、模糊推理以及解模糊后可得到输出量。本控制器的输入是检测出的直流母线电压变化率dudc/dt和储能端换流器实时的剩余容量ΔPr，控制器的输出量为惯性时间系数λ。由此得到虚拟直流发电机惯性时间常数H值，可用于图3(b)中的虚拟直流电机控制中。
仿真验证本发明中AVDCM控制具备以下功能与效果：从控制方法的本质来看，使换流器具备直流电机的硬特性、良好的功率跟踪性能，其中的模糊逻辑控制器具有灵敏性与有效性；从整体实现的效果来看，减缓了系统受到的功率冲击，抑制直流母线电压的暂降，提升了直流母线电压质量；从对直流配电网其他端口的影响来看，避免直流电网与交流主网之间交换功率的频繁变化，平滑联网端的输出功率，尽可能减小了直流系统给交流主网带来的消极影响，同时本发明对于对电压要求较高的负荷也十分友好。
下面结合图4-图6，对基于模糊逻辑的自适应惯性时间系数设计进行说明，这一系数由模糊控制器给出。
在阐释系数设计过程前，惯性时间常数H需要自适应的理由如下。在常规直流电网中，与交流无穷大系统相连的联网换流器承担网内主调压任务，其调压速度很快；而储能端作为辅助调压端口，只有在直流配电网孤岛运行时才单独负责调压。当直流系统内出现功率不平衡时，虚拟直流电机控制的惯性时间常数越大，储能端提供的瞬时功率支撑也就越大，而小的惯性时间常数往往意味着更快的瞬时功率响应速度。当发生冲击性功率波动，即使系统一次调压速度很快，直流母线电压也会有幅度较大的电压暂降，此时惯性时间常数更小的虚拟直流电机控制能够更快速地使储能端释放更多能量，从而减少短时间内电压暂降程度。虽然这一能量释放过程的持续时间较短，但是其快速性能够有效解决电压暂降问题。当发生缓慢变化的功率波动时，由于系统调压速度很快，直流母线电压暂降问题不突出，此时正常的或者较大的惯性时间常数能够释放持续时间更长数值更大的瞬时能量，更能发挥储能端优势，保证直流母线电压质量。由此可见，系统内不同的工况，对应着不同的调压需求，也应有合适的惯性时间常数与之对应。
式中：H0表示稳态时的惯性时间常数，H表示随运行情况变化的变惯性时间常数。
控制策略应当能依据储能端实时的运行情况，明确不同的调压需求，从而调整惯性时间常数的大小，在保证换流器安全运行的前提下将改善直流电网电压暂降的效果发挥至最大。据此思想，本发明提出了基于模糊逻辑的自适应算法来得到惯性时间系数λ，综合考虑直流母线电压变化率、储能端换流器的剩余容量和系统的调压需求，使用模糊控制器合理地去修正惯性时间常数。图4为模糊控制器(fuzzy logic controller，FLC)的结构框图。控制器的输入是直流母线电压变化率dudc/dt和储能端换流器的剩余容量ΔPr，控制器的输出量为惯性时间系数λ。输入量经过模糊化、模糊推理以及解模糊后可得到输出量。模糊化过程指输入量依据其隶属函数被映射到指定的模糊论域中，解模糊过程则是将模糊区间映射为输出量。
结合直流配电网的额定电压500V与仿真实际运行情况，控制器内直流母线电压变化率的基本论域(即调节范围)为dudc/dt∈(-250V，250V)，相应模糊子集为：{NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}，分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。由于储能端换流器额定容量为30kW，其过载容量仅为额定容量的10％-25％，因此本发明中储能端换流器的容量限值设置为35kW，换流器剩余容量的调节范围为ΔPr∈(0，35kW)，相应模糊子集为：{AP，NE，NO，OS}，分别表示逼近，靠近，正常，过大。模糊逻辑控制器输出的惯性时间系数的范围为λ∈(0.01，5)，相应模糊子集包含了A-G的七个字母。输入量输出量的隶属函数如图5所示。
输入输出量之间的逻辑关系决定模糊规则的制定。当储能端处于稳态运行时，惯性时间系数λ取值为1，即惯性时间常数为固定常数。当功率不平衡导致系统电压暂降时，直流母线电压变化率增大，λ也相应增大以缓解电压暂降程度。若储能端换流器剩余容量非常接近于零，λ将迅速变成非常小的值，一旦储能端检测到这个异常值，原有的电流闭环控制将取代AVDCM控制，使得储能端提供的瞬时功率增量几乎没有，使换流器暂时渡过这一特殊时间段来保证其安全运行。此外，当电压变化率过大或者换流器利用率过低，λ将为最大以充分利用储能端的惯性能力。基于以上逻辑分析，建立模糊控制器规则表如表1所示。
依据以上规则设定，得到模糊推理输出曲面如图6所示。可见惯性时间系数λ是连续变化的，避免不连续造成的抖振，实现了惯性时间常数的自适应。
下面结合具体实例对本发明所述的自适应虚拟直流电机控制方法的合理性与有效性进行详细说明。
在Matlab/Simulink环境下搭建如图1所示的四端直流配电网模型。该模型中直流母线额定电压为500V，交、直流负荷总容量为60kW，联网换流器的额定容量为30kW。模型包含额定容量为100A·h的蓄电池，与其相连的DAB型DC-DC换流器的额定容量为30kW；DAB变压器变比n为1/2，开关频率为20kHz，等效电感Lb为40μH。将本发明应用于该四端直流配电网仿真模型，采用本发明时仿真结果如图7、8所示。
图7为系统中仅储能端改变其指令功率的情况下，加入VDCM控制策略前后的仿真波形情况。
加入VDCM控制策略前，储能单元的输出功率能够迅速上升到指令功率值，而VDCM控制约1s后才缓慢上升到给定值，这是因为将直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程应用在DAB型DC-DC换流器的功率控制环，使其具备直流电机的硬特性。加入VDCM控制策略前的波形体现了电力电子设备的快速响应特性，但是造成了0.03pu的电压扰动；而VDCM控制策略的引入则减缓了系统受到的功率冲击，电压扰动值远小于0.01pu。此外，VDCM控制中虚拟机械转矩Tm和电磁转矩Te如图7(b)所示，虚拟的电磁转矩能较好地跟踪给定的机械转矩，也反映出在VDCM控制下换流器具备良好的功率跟踪性能。
图8为直流配电网内发生阶跃性功率波动时，系统在无VDCM控制、VDCM控制、AVDCM控制下直流母线电压及各单元功率的波动情况。在t＝0.5s时，负荷突增6kW。在无VDCM控制时，系统中的功率缺额均由交流主网提供，直流母线电压最低降至480V即0.96pu。在VDCM控制下，短时间内储能单元提供了过半的功率缺额，在直流母线电压基本恢复后，储能单元的传输功率恢复至负荷突增前水平，直流母线电压谷值仅为490V即0.98pu。而AVDCM控制策略下直流母线电压的扰动电压峰值不足5V即0.01pu。由于换流器剩余容量与直流母线电压变化率均较大，模糊控制器产生了一个较大的惯性时间系数如图8(c)所示，使得AVDCM控制中的惯性时间H取值较小，才使储能端具有更快的输出功率响应如图8(b)所示，更好地抑制了直流母线电压的波动，减缓了直流母线电压的暂降幅度，电压质量最高，验证了本发明中AVDCM控制方法的优越性。而AVDCM控制策略的引入增加了系统的惯性，惯性的阻碍使得直流母线电压的恢复过程较无VDCM控制变得更为缓慢。在t＝2.5s时，负荷突减6kW，分析类似。
从图7、8所示的仿真结果可以看出，在无VDCM控制时，当负荷突变、新能源出力间歇性波动或系统故障时，网内功率不平衡，直流系统会呈现较大幅度的电压暂降现象；而采用本发明的AVDCM控制后，能够减少系统受到的短时功率冲击，避免了直流电网与交流主网之间交换功率的频繁变化，也更好地缓解了直流母线电压的暂降幅度，提升了电压质量，从而证明了本发明的有效性。
各图概括性说明
图1给出的包含交流主网、交直流负载和储能的多端直流电网是本发明的应用场合。
图2给出本发明针对的控制对象即储能单元DAB型DC-DC变换器，对研究对象进行描述是阐述本发明的基础。
图3给出了本发明所述的基于模糊逻辑的自适应虚拟直流电机控制方法。图3(a)为DAB型DC-DC换流器的虚拟直流电机模型；图3(b)为DAB型DC-DC换流器的自适应虚拟直流电机控制原理框图。
图4-6给出了针对变惯性时间常数H的设计过程。
图4给出了惯性时间系数设计中模糊控制器(fuzzy logic controller，FLC)的结构框图。结合图3(b)中的控制框图，模糊控制器给出的惯性时间系数修正了自适应虚拟直流电机控制中的惯性时间常数。
图5给出了图4中相应输入量输出量的隶属函数，隶属函数的选取是结合直流配电网的额定电压500V与仿真实际运行情况得到的。
图6给出了模糊控制器的模糊推理输出曲面图，表明该模糊控制器的设计合理性。
图7给出了系统中仅储能端改变其指令功率时，加入VDCM控制策略前后的仿真波形对比图。由此说明AVDCM控制使换流器具备直流电机的硬特性、良好的功率跟踪性能，同时减缓了系统受到的功率冲击，具有更优的电压质量。
图8给出了直流配电网内发生阶跃性功率波动时，系统在无VDCM控制、VDCM控制、AVDCM控制下的波形对比图。由此说明AVDCM控制能够更好地抑制直流母线电压的暂降，电压质量最高，验证了本发明的AVDCM控制策略的优越性。
表1是惯性时间系数设计中模糊控制器的规则表。规则表的设定依据是，能够依据储能端实时的运行情况，明确不同的调压需求，从而调整惯性时间常数的大小，在保证换流器安全运行的前提下将改善直流电网电压暂降的效果发挥至最大。
表1模糊控制器规则表
Claims (3)
1.一种直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，其特征是，所述方法将虚拟直流电机作为直流电网蓄电池储能单元DAB型换流器的控制模型，根据虚拟直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述和控制DAB型换流器的运行，使换流器具备虚拟直流电机的惯性特性；同时在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节虚拟直流电机的惯性时间值，达到抑制直流母线电压波动的目的。
2.根据权利要求1所述的直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，其特征是，根据直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程来描述和控制DAB型换流器，函数表达式如下：
直流电机的机械转动方程和电枢回路的电动势平衡方程：
式中： H为直流电机的惯性时间常数，ξ 为直流电机的阻尼系数；ω、ω 0分别为直流电机的机械角速度及其额定值；T m、T e分别为直流电机的机械和电磁转矩，机械转矩T m可以写为T m = P m/ω 0，电磁转矩T e可以写为T e= P e /ω，其中P m、P e分别为直流电机的输入机械功率和输出电磁功率；E为直流电机的电枢电动势，可以写为E = C T φω，这里C T为电动势常数，φ为磁通；R a 为电枢回路总的等效电阻；U为机端电压，I为电枢电流；
将蓄电池储能单元DAB型换流器输出侧的直流母线电压反馈值u dc视作直流电机机械角速度的实际值ω，直流母线电压额定值U * Bref视作机械角速度的额定值ω 0；直流电机的输入机械功率P m与DAB型换流器的输出功率参考值对应，直流电机的输出电磁功率P e与换流器的输出功率实际值对应；其他参数沿用真实直流电机中的参数取值，使用时按照实际的控制效果再进行调整；明确DAB型换流器与虚拟直流电机参数之间的对应关系后，依据所述控制模型将DAB型换流器转换为虚拟直流电机，其控制的输出量为DAB型DC-DC换流器的输出电流参考值；换流器采用单移相方式，再经由PI控制器得到换流器两侧全桥桥臂驱动信号之间的移相比D，换流器的输出电流参考值和移相比为一一对应的关系，控制该移相比即可实现对输出电流参考值的控制，最终实现对DAB型换流器的控制。
3.根据权利要求1或2所述的直流电网DAB换流器的自适应虚拟直流电机控制方法，其特征是，在电压暂降瞬间通过模糊逻辑控制器调节直流发电机惯性时间常数的步骤如下：
以直流母线电压变化率du dc /dt和储能端换流器的剩余容量ΔP r作为模糊控制器的输入量，输入量经过模糊化、模糊推理以及解模糊后得到惯性时间系数λ，由惯性时间系数对直流发电机的惯性时间进行修正，直流发电机惯性时间公式为：
式中：H 0表示稳态时的惯性时间常数，H表示随运行情况变化的变惯性时间常数。
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