CN112583258B - 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法 - Google Patents

一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112583258B
CN112583258B CN202011539344.1A CN202011539344A CN112583258B CN 112583258 B CN112583258 B CN 112583258B CN 202011539344 A CN202011539344 A CN 202011539344A CN 112583258 B CN112583258 B CN 112583258B
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct current
voltage
virtual
motor
direct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011539344.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112583258A (zh
Inventor
赵剑锋
王鹏宇
季振东
刘康礼
金成�
陈文哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202011539344.1A priority Critical patent/CN112583258B/zh
Publication of CN112583258A publication Critical patent/CN112583258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112583258B publication Critical patent/CN112583258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，针对现有直流变换器虚拟直流电机控制策略进行改进，提出了一种基于参数自适应的直流变换器虚拟直流电机控制策略。本发明可使直流变换器输入输出端口呈现直流电机的惯性与阻尼特性，在复杂负载环境下提高系统的抗扰动能力，提升电网系统的稳定性，本发明可应用于大规模可再生能源并网、交直流混合配电网、商业中心、矿山、岸电电源、轨道系统以及大规模充电桩等存在能源储存与输送以及冲击性负载等复杂环境下，可为电网系统引入惯性与虚拟阻尼，在负荷功率波动的工况下稳定系统的母线电压，提高系统的动态响应能力，具有很强的实用价值。

Description

一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法
技术领域
本发明涉及直流变换器控制领域，具体的是一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法。
背景技术
随着世界经济发展，能源的可持续发展已成为各国关注的热点。可再生能源发电与现代电网的融合是世界能源可持续转型的核心，如何应对大规模可再生能源发电并网将是智能电网领域的一项重要挑战。其中，直流微电网由于不存在高次谐波与频率波动等问题，且具有变换效率高、控制方法简单等优点而受到广泛关注。然而，随着大规模的新能源发电、储能装置与交直流负载通过电力电子变换器接入直流微网，直流母线电压将不可避免地出现波动。由于直流微网中接入的分布式单元都具有随机功率波动性，其导致的短时功率冲击将会对直流微网稳定性造成剧烈影响，且直流微电网惯性很低，电压恢复时间较长。因此，如何抑制功率波动、维持直流母线电压稳定已成为亟待解决的问题。
目前，针对直流母线电压稳定与直流微网稳定性分析，国内外学者已做了大量研究，主要是通过主从控制、分层控制与下垂控制等实现对直流母线电压的稳定。然后这些控制方法大多基于PI控制算法，仅实现了电压控制，却无法提高直流微网系统的惯性，使其在功率波动时具有较好的抗冲击能力，不利于提高电网的电能质量，确保其安全稳定运行。为了提高电网中的惯性，荷兰的VYSNC团队率先提出了虚拟同步机的概念，通过在并网逆变器的控制环节中添加虚拟惯性，以提高系统的抗冲击能力。鉴于交流微网中的虚拟同步机控制，越来越多的研究者开始研究直流微网中的虚拟惯性控制，并最终提出虚拟直流电机的概念。
虚拟直流电机的本质在于将虚拟惯性引入直流变换器的控制环节中，使变换器具有直流电机的转动惯量与阻尼特性，提高系统的抗扰动能力，改善传统的控制方法中系统超调大、暂态响应时间长等问题。目前，国内外对于虚拟直流电机的研究相对较少。有学者提出了一种适用于光伏发电变换器的虚拟直流电机控制方法，但是该控制策略采用固定控制参数，降低了功率发生波动时直流微网系统的灵活性。若能在虚拟电机控制中灵活调整控制参数，可以提高微网系统在功率波动时的响应速度。目前针对虚拟同步电机中的参数自适应，国内外学者已经有了一些研究成果，但是虚拟直流电机领域的参数自适应仍然是一片空白。
综上所述，现有的直流变换器虚拟直流电机控制方法，无法应对快速突变的复杂负载环境，降低了电网系统运行的稳定性，亟需提出一种优化控制方法。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，解决现有直流变换器的虚拟直流电机控制方法中采用固定参数而影响系统动态响应速度的缺陷，设计了参数自适应调节策略，提高在复杂负载环境下直流电网的抗扰动能力，提升了电网系统的稳定性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，具体包括以下步骤：
S1、将直流变换器等效为直流电机，构建直流变换器虚拟直流电机模型；
S2、根据直流电机的机械方程与电磁方程，对直流变换器采用虚拟直流电机控制方法，使其具有直流电机的惯性特性；
S3、根据直流母线电压及其变化率，对虚拟直流电机控制中的控制参数设计参数自适应调节策略，优化其动态响应特性与抗扰动能力。
优选地，所述步骤S1中直流变换器虚拟直流电机模型的构建方法为：将直流变换器等效为一个二端口网络，前级接入储能单元，后级接入直流微网，通过虚拟直流电机控制使直流变换器呈现出直流电机的外特性。
优选地，所述步骤S2中直流电机模型的机械方程与电磁方程如下所示：
Figure BDA0002854452010000031
Figure BDA0002854452010000032
其中：J为转动惯量，ω为实际角速度，Tm为机械转矩，Te为电磁转矩，D为阻尼系数，ω0为额定角速度，Pe为直流电机的电磁功率，Ia为电枢电流，E为直流电机电枢感应电动势。
优选地，所述直流电机的电枢回路电动势平衡方程如下所示：
U＝E-IaRa
E＝CTΦω
其中：U为直流电机输出电压，E为直流电机电枢感应电动势，Ia为电枢电流，Ra为直流电机电枢等效电阻，CT为直流电机转矩系数，φ为直流电机每级磁通，ω为实际角速度；
在励磁电流不变时，直流电机感应电动势与实际角速度成正比，通过调节虚拟电机的实际角速度来维持直流变换器输出电压稳定。
优选地，根据直流电机的机械方程与电枢方程构建虚拟直流电机模型，使直流变换器拥有转动惯量与阻尼系数，在主流母线电压发生波动时具有一定的抗扰动能力，具体包括：
(1)虚拟直流电机控制的机械部分：机械功率Pm与额定角速度相除后可得虚拟直流电机的机械转矩Tm，根据上述机械方程与电磁方程可得直流电机的实际角速度，以实现虚拟电机转子的转矩与转速平衡。
(2)虚拟直流电机控制的电气部分：通过电枢方程得到变换器输出电流参考值Ia，并与感应电动势E相乘得到电机电磁功率Pe，与实际转矩相除后得到电磁转矩Te并进行负反馈，将电机的转矩平衡转换成输出电压的平衡，以增强直流母线电压的惯性。
优选地，所述步骤S3中参数自适应调节策略中的虚拟阻抗J与阻尼系数D的值可根据直流母线电压波动值与变化率实时调节，当网侧负荷突然减少时，直流微网的输入功率大于输出功率，根据直流母线电压及其变化率，设置abcd四个时间点，其中a点直流母线电压开始上升，b点为直流母线电压峰值，c点为直流母线电压谷值，d点直流母线电压恢复稳定；参数自适应调节策略具体包含如下步骤：
步骤一：设置abcd四个时间点的边界条件；
步骤二：根据直流母线电压及其变化率判断其所处时间阶段；
步骤三：在a-b阶段，由于直流母线电压的升高，虚拟直流电机控制中输入的机械转矩Tm增加，由式1可知，和初始虚拟转矩与阻尼系数相比，此时需要减小虚拟转矩J增大阻尼系数D，使直流母线电压波动降低，减少不平衡功率的传输；
步骤四：在b-c阶段，直流母线电压不断降低，此时需要增大虚拟转矩J减小阻尼系数D，以加快直流母线电压的恢复速度；当直流母线电压接近参考值时，应减小虚拟转矩J和阻尼系数D，降低直流母线电压穿越后的电压波动。之后直流母线电压发生穿越，应减小虚拟转矩J增大阻尼系数D；
步骤五：在c-d阶段，直流母线电压从最低处恢复至额定值。为了防止直流母线电压再次进入震荡，需要增大虚拟转矩J和减小阻尼系数D，加快直流母线电压恢复稳定；
步骤六：在上述各阶段，当直流母线电压接近额定值时，减小虚拟转矩J和阻尼系数D。
优选地，所述虚拟转矩J与阻尼系数D自适应规律如表1所示，其中λ为直流母线电压U2波动阈值。
表1虚拟直流电机参数自适应变化规律
Figure BDA0002854452010000051
优选地，采用自身具有上限的反正切函数进行参数自适应设计，若需增大虚拟转矩J，其参数自适应变化规律如下所示：
J＝X·J0arctan(dU2/dt)
其中：J为虚拟转矩，J0为虚拟转矩初始系数，X为自适应放大系数，U2为直流变换器的输出电压。
优选地，通过实时监测功率波动情况与直流母线电压变化率，判断系统所处动态阶段，对虚拟转矩J和阻尼系数D进行自适应调整；在直流电网实际运行中，直流母线电压可能因为噪声或者系统内扰动发生一定的波动，该种情况下直流母线电压可以自动恢复稳定，不需要触发自适应控制；因此，对直流母线电压变化率dU2/dt设置上下启动阈值±λm，以优化控制精度；当U2>Uref时，虚拟转矩J和阻尼系数D的自适应调节如下所示：
Figure BDA0002854452010000061
Figure BDA0002854452010000062
其中：A为自适应放大系数，B为自适应减小系数。
本发明的有益效果：
1、利用本发明提供的基于参数自适应的直流变换器虚拟直流电机控制方法，可以在复杂负载环境下保证直流母线电压的稳定，确保电网系统安全运行；
2、本发明通过对直流母线电压及其变化率的分析，实时判断其所处动态阶段，对控制参数进行自适应调节，优化其动态响应性能，在负载突变等复杂环境下，提升系统抗扰动能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采用的虚拟直流电机模型；
图2为本发明采用的直流变换器虚拟直流电机控制框图；
图3为直流母线电压及其变化率示意图一；
图4为直流母线电压及其变化率示意图二；
图5为本发明提出的参数自适应调节策略流程图；
图6为网侧负载突变工况下的仿真结果图一；
图7为网侧负载突变工况下的仿真结果图二；
图8为光伏输出突变工况下的仿真结果图一；
图9为光伏输出突变工况下的仿真结果图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，将直流变换器等效为直流电机，根据直流电机的机械方程与电磁方程，对直流变换器采用虚拟直流电机控制策略，使其具有直流电机的惯性特性；根据直流母线电压及其变化率，对虚拟直流电机控制中的控制参数设计参数自适应调节，优化其动态响应特性与抗扰动能力。
所述直流变换器虚拟直流电机控制方法将直流变换器等效为一个二端口网络，前级接入储能单元，后级接入直流微网，可通过虚拟直流电机控制使直流变换器呈现出直流电机的外特性。其中，U1为储能单元的输出电压，I1为储能单元的输出电流，U2为直流变换器的输出电压，I2为直流变换器的输出电流，C1C2为直流变换器输入输出侧并联电容，L为变换器电感。在直流电机模型中，E为直流电机电枢感应电动势，U为直流电机输出电压，Ra为直流电机电枢等效电阻，Ia为电枢电流。
所述虚拟直流电机模型中，直流电机的机械方程与电磁方程以及直流电机的电枢回路电动势平衡方程如下所示。其中，Pe为直流电机的电磁功率，Tm为机械转矩，Te为电磁转矩，ω0为额定角速度，ω为实际角速度，J为转动惯量，D为阻尼系数。
Figure BDA0002854452010000081
Figure BDA0002854452010000082
所述虚拟直流电机模型中，直流电机的电枢回路电动势平衡方程如下所示。其中，CT为直流电机转矩系数，φ为直流电机每级磁通。在励磁电流不变时，直流电机感应电动势与实际角速度成正比，可以通过调节虚拟电机的实际角速度来维持直流变换器输出电压稳定。
U＝E-IaRa
E＝CTΦω
如图2所示，所述直流变换器虚拟直流电机控制方法中，根据直流电机的机械方程与电枢方程构建虚拟直流电机模型，使直流变换器拥有转动惯量与阻尼系数，在主流母线电压发生波动时具有一定的抗扰动能力。
(1)虚拟直流电机控制的机械部分：机械功率Pm与额定角速度相除后可得虚拟直流电机的机械转矩Tm，根据上述机械方程与电磁方程可得直流电机的实际角速度，以实现虚拟电机转子的转矩与转速平衡。
(2)虚拟直流电机控制的电气部分：通过电枢方程得到变换器输出电流参考值Ia，并与感应电动势E相乘得到电机电磁功率Pe，与实际转矩相除后得到电磁转矩Te并进行负反馈，将电机的转矩平衡转换成输出电压的平衡，以增强直流母线电压的惯性。
如图3、4所示，所述参数自适应调节策略中，虚拟直流电机控制策略中的虚拟阻抗J与阻尼系数D的值可根据直流母线电压波动值与变化率实时调节。当网侧负荷突然减少时，直流微网的输入功率大于输出功率，根据直流母线电压及其变化率，设置abcd四个时间点。其中a点直流母线电压开始上升，b点为直流母线电压峰值，c点为直流母线电压谷值，d点直流母线电压恢复稳定。
如图5所示，具体的，参数自适应调节策略包含以下步骤：
步骤一：设置abcd四个时间点的边界条件；
步骤二：根据直流母线电压及其变化率判断其所处时间阶段；
步骤三：在a-b阶段，由于直流母线电压的升高，虚拟直流电机控制中输入的机械转矩Tm增加，由式1可知，和初始虚拟转矩与阻尼系数相比，此时需要减小虚拟转矩J增大阻尼系数D，使直流母线电压波动降低，减少不平衡功率的传输；
步骤四：在b-c阶段，直流母线电压不断降低，此时需要增大虚拟转矩J减小阻尼系数D，以加快直流母线电压的恢复速度；当直流母线电压接近参考值时，应减小虚拟转矩J和阻尼系数D，降低直流母线电压穿越后的电压波动。之后直流母线电压发生穿越，应减小虚拟转矩J增大阻尼系数D；
步骤五：在c-d阶段，直流母线电压从最低处恢复至额定值。为了防止直流母线电压再次进入震荡，需要增大虚拟转矩J和减小阻尼系数D，加快直流母线电压恢复稳定；
步骤六：在上述各阶段，当直流母线电压接近额定值时，减小虚拟转矩J和阻尼系数D。
所述虚拟直流电机参数自适应调节策略中，虚拟转矩J与阻尼系数D自适应规律如表1所示。其中，λ为直流母线电压U2波动阈值。
表1虚拟直流电机参数自适应变化规律
Figure BDA0002854452010000101
所述的虚拟直流电机参数自适应调节策略中，由于虚拟转矩J和阻尼系数D的取值对控制系统的稳定性有较大影响，若自适应变化过程中系数突变过大会造成直流母线电压的振荡，从而导致直流微网系统的失稳。因此采用自身具有上限的反正切函数进行参数自适应设计。若需增大虚拟转矩J，其参数自适应变化规律如下所示。其中，J0为虚拟转矩初始系数，X为自适应放大系数。
J＝X·J0arctan(dU2/dt)
所述基于参数自适应的虚拟直流电机控制方法中，通过实时监测功率波动情况与直流母线电压变化率，判断系统所处动态阶段，对虚拟转矩J和阻尼系数D进行自适应调整。在直流电网实际运行中，直流母线电压可能因为噪声或者系统内扰动发生一定的波动，该种情况下直流母线电压可以自动恢复稳定，不需要触发自适应控制。因此，对直流母线电压变化率dU2/dt设置上下启动阈值±λm，以优化控制精度。当U2>Uref时，虚拟转矩J和阻尼系数D的自适应调节如下所示。其中，A为自适应放大系数，B为自适应减小系数。
Figure BDA0002854452010000111
Figure BDA0002854452010000121
图6、7所示为网侧负载突变工况下的仿真结果图。在0.3s时网侧负载发生跌落，从6KW减少至2.4KW；在0.5s时网侧负载发生突增，从2.4KW增加至4.8KW。从图6中可以看出，相较于传统PI控制，虚拟直流电机控制在抑制电压超调方面有较好的效果，加快了直流母线电压的恢复速度。与传统虚拟直流电机控制策略相比，本发明所提基于参数自适应的虚拟直流电机控制方法在抑制电压波动与提升系统动态响应能力上得到了进一步的提升，在负载突增的工况下对比尤为明显。且本发明所提控制策略在直流母线电压参考值附近的波动更小，电压恢复速度得到明显提升。图7示出了在负载突变工况下，参数自适应的动态曲线图，可以看出虚拟转矩J和阻尼系数D严格按照直流母线电压值及其变化率进行自适应调整，在负载突变后0.05s左右就完成了参数自适应调节。
图8、9所示为光伏输出突变工况下的仿真结果图。在0.3s时，模拟光伏发电单元输出电压从800V跌落至700V。三种控制方法下的直流母线电压波形，在0.3s时出现电压冲击并快速跌落。从图8中可以看出，所提出的基于参数自适应的虚拟直流电机控制方法可以大幅削弱电压冲击，加快直流母线电压恢复，并且对于直流母线电压的反向冲击有较好的抑制作用，提高了直流微网系统的稳定性。图9示出了光伏输出波动工况下的自适应参数动态调节曲线。由图可知，在光伏波动瞬间直流母线电压出现突变，直流母线电压变换率在短时间内发生剧烈变化，虚拟转矩与阻尼系数依然可以进行准确的自适应调节，约0.03s之后结束自适应调节进入稳态。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将直流变换器等效为直流电机，构建直流变换器虚拟直流电机模型；根据直流电机的机械方程与电磁方程，对直流变换器采用虚拟直流电机控制方法，使其具有直流电机的惯性特性；根据直流母线电压及其变化率，对虚拟直流电机控制中的控制参数设计参数自适应调节策略，优化其动态响应特性与抗扰动能力；
所述直流变换器虚拟直流电机模型的构建方法为：将直流变换器等效为一个二端口网络，前级接入储能单元，后级接入直流微网，通过虚拟直流电机控制使直流变换器呈现出直流电机的外特性；
所述直流电机的机械方程与电磁方程如下所示：
Figure FDA0003253187940000011
Figure FDA0003253187940000012
其中：J为转动惯量，ω为实际角速度，Tm为机械转矩，Te为电磁转矩，D为阻尼系数，ω0为额定角速度，Pe为直流电机的电磁功率，Ia为电枢电流，E为直流电机电枢感应电动势；
所述参数自适应调节策略中的虚拟阻抗J与阻尼系数D的值可根据直流母线电压波动值与变化率实时调节，当网侧负荷突然减少时，直流微网的输入功率大于输出功率，根据直流母线电压及其变化率，设置abcd四个时间点，其中a点直流母线电压开始上升，b点为直流母线电压峰值，c点为直流母线电压谷值，d点直流母线电压恢复稳定；
参数自适应调节策略具体包含如下步骤：
步骤一：设置abcd四个时间点的边界条件；
步骤二：根据直流母线电压及其变化率判断其所处时间阶段；
步骤三：在a-b阶段，由于直流母线电压的升高，虚拟直流电机控制中输入的机械转矩Tm增加，由式1可知，和初始虚拟转矩与阻尼系数相比，此时需要减小虚拟转矩J增大阻尼系数D，使直流母线电压波动降低，减少不平衡功率的传输；
步骤四：在b-c阶段，直流母线电压不断降低，此时需要增大虚拟转矩J减小阻尼系数D，以加快直流母线电压的恢复速度；当直流母线电压接近参考值时，应减小虚拟转矩J和阻尼系数D，降低直流母线电压穿越后的电压波动， 之后直流母线电压发生穿越，应减小虚拟转矩J增大阻尼系数D；
步骤五：在c-d阶段，直流母线电压从最低处恢复至额定值，为了防止直流母线电压再次进入震荡，需要增大虚拟转矩J和减小阻尼系数D，加快直流母线电压恢复稳定；
步骤六：在上述各阶段，当直流母线电压接近额定值时，减小虚拟转矩J和阻尼系数D。
2.根据权利要求1所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，所述直流电机的电枢回路电动势平衡方程如下所示：
U＝E-IaRa (3),
E＝CTΦω (4)；
其中：U为直流电机输出电压，E为直流电机电枢感应电动势，Ia为电枢电流，Ra为直流电机电枢等效电阻，CT为直流电机转矩系数，φ为直流电机每级磁通，ω为实际角速度；
在励磁电流不变时，直流电机感应电动势与实际角速度成正比，通过调节虚拟电机的实际角速度来维持直流变换器输出电压稳定。
3.根据权利要求2所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，根据直流电机的机械方程与电枢方程构建虚拟直流电机模型，使直流变换器拥有转动惯量与阻尼系数，在主流母线电压发生波动时具有一定的抗扰动能力，虚拟直流电机模型具体包括：
(1)虚拟直流电机控制的机械部分：机械功率Pm与额定角速度相除后可得虚拟直流电机的机械转矩Tm，根据上述机械方程与电磁方程可得直流电机的实际角速度，以实现虚拟电机转子的转矩与转速平衡；
(2)虚拟直流电机控制的电气部分：通过电枢方程得到变换器输出电流参考值Ia，并与感应电动势E相乘得到电机电磁功率Pe，与实际转矩相除后得到电磁转矩Te并进行负反馈，将电机的转矩平衡转换成输出电压的平衡，以增强直流母线电压的惯性。
4.根据权利要求1所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，所述虚拟转矩J与阻尼系数D自适应规律如表1所示，其中λ为直流母线电压U2波动阈值：
表1虚拟直流电机参数自适应变化规律
Figure FDA0003253187940000031
Figure FDA0003253187940000041
5.根据权利要求1所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，采用自身具有上限的反正切函数进行参数自适应设计，若需增大虚拟转矩J，其参数自适应变化规律如下所示：
J＝X·J0arctan(dU2/dt) (5)；
其中：J为虚拟转矩，J0为虚拟转矩初始系数，X为自适应放大系数，U2为直流变换器的输出电压。
6.根据权利要求4或5所述的基于参数自适应的直流变换器优化控制方法，其特征在于，通过实时监测功率波动情况与直流母线电压变化率，判断系统所处动态阶段，对虚拟转矩J和阻尼系数D进行自适应调整；在直流电网实际运行中，直流母线电压可能因为噪声或者系统内扰动发生一定的波动，该种情况下直流母线电压可以自动恢复稳定，不需要触发自适应控制；因此，对直流母线电压变化率dU2/dt设置上下启动阈值±λm，以优化控制精度；当U2>Uref时，虚拟转矩J和阻尼系数D的自适应调节如下所示：
Figure FDA0003253187940000042
Figure FDA0003253187940000051
其中：A为自适应放大系数，B为自适应减小系数。
CN202011539344.1A 2020-12-23 2020-12-23 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法 Active CN112583258B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011539344.1A CN112583258B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011539344.1A CN112583258B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112583258A CN112583258A (zh) 2021-03-30
CN112583258B true CN112583258B (zh) 2021-10-22

Family

ID=75139520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011539344.1A Active CN112583258B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112583258B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113193545B (zh) * 2021-05-25 2023-09-22 大连海事大学 一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法
CN113241753B (zh) * 2021-06-09 2023-08-18 大连海事大学 一种用于直流微电网的改进虚拟发电机控制方法
CN113675861A (zh) * 2021-08-10 2021-11-19 国网冀北电力有限公司唐山供电公司 一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201665A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家电网公司 一种基于虚拟直流发电机的负荷用直流变换器控制方法
CN108832657A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 太原理工大学 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法
CN109586343A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 国网天津市电力公司电力科学研究院 基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统及方法
CN110198055A (zh) * 2019-06-14 2019-09-03 华北电力大学（保定） 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析
CN110212515A (zh) * 2019-04-30 2019-09-06 华北电力大学（保定） 直流电网dab型换流器的自适应虚拟直流电机控制方法
CN110957714A (zh) * 2019-11-07 2020-04-03 中国电建集团江西省电力设计院有限公司 平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法
CN112072633A (zh) * 2020-08-28 2020-12-11 山东理工大学 基于jd自适应的虚拟直流发电机控制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108899904B (zh) * 2018-08-30 2021-04-30 山东大学 一种交直流大电网连锁故障快速搜索方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201665A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家电网公司 一种基于虚拟直流发电机的负荷用直流变换器控制方法
CN108832657A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 太原理工大学 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法
CN109586343A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 国网天津市电力公司电力科学研究院 基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统及方法
CN110212515A (zh) * 2019-04-30 2019-09-06 华北电力大学（保定） 直流电网dab型换流器的自适应虚拟直流电机控制方法
CN110198055A (zh) * 2019-06-14 2019-09-03 华北电力大学（保定） 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析
CN110957714A (zh) * 2019-11-07 2020-04-03 中国电建集团江西省电力设计院有限公司 平抑充电站直流微网电压波动的虚拟直流电机控制方法
CN112072633A (zh) * 2020-08-28 2020-12-11 山东理工大学 基于jd自适应的虚拟直流发电机控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112583258A (zh) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112583258B (zh) 一种基于参数自适应的直流变换器优化控制方法
CN109861246B (zh) 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法
CN109149605B (zh) 一种基于vsg的微电网暂态自适应参数控制策略
Cherifi et al. Hybrid control using adaptive fuzzy sliding mode control of doubly fed induction generator for wind energy conversion system
Rajvikram et al. Fault ride-through capability of permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion system
Soued et al. Effect of doubly fed induction generator on transient stability analysis under fault conditions
Benbouhenni et al. Intelligent control scheme of asynchronous generator-based dual-rotor wind power system under different working conditions
CN112003321B (zh) 一种双馈电机转子串动态电阻低电压穿越控制方法
Li et al. VSG virtual inertial control strategy based on lead-lag link and fuzzy logic control
CN112290590A (zh) 基于超级电容虚拟惯性和短期一次调频的pmsg风机控制方法
Alhejji et al. Robust adaptive PI controller of low voltage ride-through for PMSG-based wind turbine
CN116054171A (zh) 一种风光储直流微网电压自适应控制方法及装置
Li et al. A novel model predictive control strategy of D-PMSG wind turbine systems for LVRT based on two-state unloading resistance and super capacitor
RAMASAMY S et al. Comparative Analysis of RBFN and Fuzzy-SVPWM Controller Based Boost Type Vienna Rectifier for 1kW Wind Energy Conversion System
Jia et al. Improved droop control based on multi-stage lead-lag compensation
CN114256871A (zh) 提高双馈式风电机组低电压穿越能力的控制方法及系统
Shao et al. The implementation of fuzzy PSO-PID adaptive controller in pitch regulation for wind turbines suppressing multi-factor disturbances
Hua et al. A proportional-lead compensation method for LCL grid-connected inverter
Wang et al. A novel VDM control of energy storage converter based on adaptive parameters
Zheng et al. Coordinating control method to improve LVRT ability of PMSG
Xu et al. Optimization Strategy of VSG Active Power Fast Tracking Control Based on Power Command Feedforward Compensation
Fu et al. Research on virtual inertia control of the DC microgrid
Alshahir et al. Transient Enhancement of Smart Grid Using SMES Controlled by PID and Fuzzy Logic Control
Zhao et al. Research on virtual DC generator-based control strategy of DC microgrid with photovoltaic and energy storage
Qu et al. VSG-based PMSG multi-machine parallel with DC droop control strategy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant