CN112803474B - 一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法

技术领域

本发明涉及一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法，涉及电力电子技术领域。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

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：

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。

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：

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。

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：

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为虚拟电容，t为时间，

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：

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。

优选地，步骤3中，虚拟同步发电机的转子运动方程表示为：

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；

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：

当系统运行处于稳态时，u_dc1＝u_dcn，公式6变形为：

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：

式中，s为拉普拉斯算子，u_dcn为直流母线电压额定值。

优选地，步骤3中，辅助性虚拟负载的电压，表示为：

u_dc1+i_o(R_V+sL_V)＝u_dc 公式9，

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。

优选地，D表示为：

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。

优选地，虚拟电容C_V表示为：

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。

本发明的有益效果为：

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，模拟直流发电机特性的控制策略，通过控制使得直流变换器端口具有电机的惯性和阻尼特性，并根据直流母线电压的变换率实时控制惯性和阻尼参数，使得整个系统的惯性、阻尼参数灵活可变，加快系统的响应速度，即可实现对直流母线电压的最优控制。该控制策略加强母线电压稳定性的实质是，利用控制环路在直流母线侧虚拟出一个大电容和电阻，以增加整个系统的惯性和阻尼。

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，包括其拓扑结构模型以及控制策略模型，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；同时，在其他频域段也不会带来附加的谐振通路。

通过类比虚拟同步发电机的转子运动方程使得直流变换器也具有电机的惯性和阻尼特性，并在系统功率波动瞬间监测直流母线电压波动进而灵活调节惯性、阻尼参数大小，从而满足直流母线电压的稳定和响应速度。

附图说明

图1为能量路由器的结构图；

图2为储能系统交错并联双向Buck/Boost型DC-DC变换器的拓扑图；

图3为类电机灵活虚拟惯性控制的控制原理框图；

图4为灵活虚拟参数设计控制器框图；

图5(a)为未引入辅助性虚拟负载时，原系统源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗的等效示意图，图5(b)是引入辅助性虚拟负载后系统的等效阻抗示意图；

图5为能量路由器系统谐振抑制原理；

图6为基于阻抗重塑的辅助性虚拟负载控制器；

图7(a)是处于类电机灵活虚拟惯性控制下电压波形，图7(b)是处于传统电压电流双闭环控制下电压波形；

图8(a)为能量路由器系统投入辅助性虚拟负载时直流母线电压的仿真图，图8(b)为未投入辅助性虚拟负载时直流母线电压的仿真图。

图中各文中各符号为：U_in为储能变换器输入电压，U_dc1为储能变换器输出电压，u_dc为直流母线电压实际值，T为时间常数，s为拉普拉斯算子，t为时间，u_dcn为直流母线电压额定值，k_p为调差系数，P_n为变换器功率给定参考值，P_o为直流母线侧电容流向直流母线的功率，C_in为输入侧储能电容，C为输出侧储能电容，C_V为变换器直流侧虚拟电容，i_out为桥臂输出侧电流，i_o为直流侧输出电流，i_L为变换器电感电流，i_C为电容C充放电电流，

为虚拟电容C_V的充放电电流，R_V和L_V为辅助性虚拟负载，u_V为辅助性虚拟负载两端电压，P_n为变换器功率给定参考值，P_out为直流变换器流向直流侧电容的功率，P_o为直流侧电容流向直流母线的功率，D为控制引入的阻尼系数，u_dc-ref为直流变换器输出电压参考值，R_V、L_V为辅助性虚拟负载的虚拟电阻和电感，u_dc-ref为直流变换器输出电压参考值，PI为PI控制器，K_D为电流换算系数，i_L-ref为直流变换器电感电流参考值，C_v0为虚拟惯性参数的初始值，D₀为阻尼系数的初始值，k_a、k_b、k_c、k_d为灵活控制参数，i_L为变换器电感电流。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图6具体说明本实施方式，本实施方式所述的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：

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。

本实施方式中，本申请针对的应用场合为能量路由器系统如图1所示。该系统主要包含光伏发电、储能、直流负载和交流电网四个子系统，每个子系统均通过电力电子变换器与直流母线相接，因此不存在相位、频率等问题，直流母线电压就成为衡量系统是否稳定的关键指标。

在能量路由器中，采用主从控制和分层控制结合的协调控制方法，不同工作模态下各变换器协调配合，每种模态下必须有至少一个变换器控制直流母线电压，保证母线电压的稳定。

本申请以交错并联双向Buck-Boost型直流变换器作为控制对象如图2所示，双向Buck-Boost型直流变换器是一种应用广泛的双向直流变换器，主要结构为一个桥臂下的两个开关管，通过控制两个管子的开通关断，使其工作于Buck或Boost模式，对电池进行充电和放电，从而实现储能输出功率控制。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，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。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，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为虚拟电容，t为时间，

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：

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。

本实施方式中，我们知道变换器的滤波电容越大，输出电压纹波越小，对负载波动而导致的直流母线电压骤变抑制效果越好，系统的惯性就越大，但电容越大成本越高，且当能量路由器系统处于稳态时，电容处于闲置状态，造成资源浪费。

因此我们可以通过控制环路在真实电容旁边虚拟出一个大电容，在图2中变换器拓扑A处通过基尔霍夫电流定律可得：

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤3中，虚拟同步发电机的转子运动方程表示为：

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；

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：

当系统运行处于稳态时，u_dc1＝u_dcn，公式6变形为：

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：

式中，s为拉普拉斯算子，u_dcn为直流母线电压额定值。

本实施方式中，类比虚拟同步发电机控制策略，在直流侧电容提供功率数学表达式中引入阻尼环节D(u_dc1-u_dcn)，用以削减直流母线电压受外部因素引起的谐振(振荡)现象，同时由于虚拟电容远远大于实际直流母线侧滤波电容即C_V＞＞C，在控制中忽略实际滤波电容C，故该数学表达式可以变换为公式6。

比较公式7和公式5，可知，在虚拟同步发电机的转子运动方程中，用u_dc1代替ω，用u_dcn代替ω_ref，用C_V代替J，用P_out代替P_ref，用P_o代替P_e，就可以得到与虚拟同步发电机输出外特性一致的直流母线虚拟惯性控制策略方程。

因为虚拟转动惯量的存在，当电网频率发生突变时，虚拟同步发电机可以迅速调节有功输出，表现为大惯性，高阻尼的特性。类似在类电机灵活虚拟惯性控制中，由于虚拟电容以及阻尼系数的存在，使得该控制策略与虚拟同步发电机具有相同的特性。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，步骤3中，辅助性虚拟负载的电压，表示为：

u_dc1+i_o(R_V+sL_V)＝u_dc 公式9，

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。

本实施方式中，图3为类电机灵活虚拟惯性控制的控制原理框图，它直观地解释了该控制策略是如何运行的。首先类比电机地一次调频特性，用电压信号代替转速信号，因为直流变换器地输出功率P_out目的是保持直流母线电压地稳定，根据电压偏差调节直流变换器地输出，即

P_out＝P_n+k_p(u_dcn-u_dc)

式中：k_p为调差系数

有了直流变换器地输出功率给定值P_n之后，通过类电机灵活虚拟惯性控制模拟电机地外特性可以得到变换器直流母线侧滤波电容两侧电压的参考值，之后加上引入辅助性虚拟负载的电压u_V可以得到直流变换器的输出电压给定值u_dc-ref，给定值经过PI控制器以及电流换算器，从而得到电感电流给定值i_L-ref，电流给定值经过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Buck/Boost型DC-DC变换器的控制。

其中，虚线框的是灵活虚拟参数控制器，根据直流母线电压变化率实时调节惯性、阻尼参数大小，使变换器提供的惯性支持和响应速度灵活可变，以达到最优控制。

图4为灵活虚拟参数设计控制器框图，类电机灵活虚拟惯性控制中的虚拟电容的大小反映了能量路由器的惯性大小，在理论上虚拟电容C_V越大，系统中的惯性含量越大，对于直流母线电压的稳定性越好。

因为母线电压存在纹波，所以取M为阈值，当|du_dc/dt|＜M时，系统工作在稳态，采用较小的惯量和阻尼有利于加快系统的响应速度，故虚拟电容C_V等于初值C_v0，附加阻尼系数等于初值D₀，并且防止C_V、D频繁改变，不利于系统保持稳定运行。

当|du_dc/dt|≥M时，虚拟电容C_V可表示为

附加阻尼可表示为

其中k_a、k_b、k_c、k_d为灵活控制参数，此时通过控制C_V和D的大小，进而改变直流变换器的输出功率，从而调节能量路由器的惯性含量，减缓系统受功率变化时引起的直流母线电压失稳现象。

对于灵活控制参数k_a、k_b、k_c、k_d的选取上，当系统发生比较小的扰动时，|du_dc/dt|较小，采用较大的k_a、k_c和较小的k_b、k_d，以便提供较大且增加快速的惯量、阻尼支撑，减小电压变化率。

当系统发生较大的扰动时，|du_dc/dt|较大，则采用较小的k_a、k_c和较大的k_b、k_d，提供较小且变化缓慢的惯量和阻尼，提供更快的功率响应速度，有利于抑制大扰动对系统稳定性的干扰，从而实现暂态响应过程中的优化。

当能量路由器系统中接有多台直接变换器时，源变换器的输出阻抗可能等效成容性，负载变换器的输入阻抗可能等效成感性，这时两个系统就为谐振构成了通路，如图5(a)所示。

为了从根本上消除谐振回路，可以通过阻抗重塑的方式来改善系统阻抗匹配问题，即针对源变换器引入能够调节其输出阻抗的辅助性虚拟负载，改变相位将其输出阻抗从容性修改为感性如图5(b)所示，以满足阻抗匹配要求，从而消除多变换器相互作用引起的谐振问题，同时不会带来其他频率的谐振，提高了系统的稳定性。因此图5(a)是未经过阻抗重塑方法也就是未引入辅助性虚拟负载时，原系统源变换器输出阻抗和负载变换器输入阻抗的等效示意图，一个是电容一个是电感存在谐振情况，图5(b)是引入辅助性虚拟负载后系统的等效阻抗示意图，改变了源变换器也就是直流变换器的输出阻抗，将等效成的电容修正成电感，从根本上消除了谐振回路。

图6为基于阻抗重塑的辅助性虚拟负载控制器的控制结构框图，采用电流前馈控制，使用变换器输出电流作为输入信号，经过虚拟负载单元，得到虚拟负载的电压信号叠加到类电机灵活虚拟惯性控制的输出，作为变换器输出电压的参考值。

辅助性虚拟负载数学表达式如下：

u_dc1+i_o(R_V+sL_V)＝u_dc

式中：R_V为虚拟电阻，L_V为虚拟电感。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，D表示为：

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。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种增强能量路由器直流母线稳定性的控制方法作进一步说明，本实施方式中，虚拟电容C_V表示为：

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。

本实施方式中，下面通过仿真结合具体实例对本申请所述的类电机灵活虚拟惯性控制的合理性和有效性进行讲述。

在PLECS环境下搭建如图1所示能量路由器系统。该系统中直流母线电压为720V，两路光伏功率均为7.5kW，拓扑结构采用Boost电路；并网逆变器采用T型三电平逆变器，额定功率10kVA。系统中包含额定容量14.2Ah的锂电池，锂电池通过两相交错并联双向Buck-Boost型DC-DC变换器接入直流母线，该变换器额定功率为5kW，采用本申请时仿真结果如图7、8所示。

图7为能量路由器系统负载功率发生波动时，系统分别处于两种控制下直流母线电压波动情况，其中图7(a)是处于类电机灵活虚拟惯性控制下电压波形，图7(b)是处于传统电压电流双闭环控制下电压波形。

在t＝4s时，负荷突增2kw，仿真结果如图7所示。在传统电压电流双闭环控制下，系统缺少惯性双环控制下扰动激发系统谐振，直流母线电压经过一段振荡才进入稳态，且电压波动幅度较大最低降至686V即0.95pu。而在类电机灵活虚拟惯性控制下，直流母线电压首先会因功率缺失而下降，但虚拟电容能够在极短的时间内提供了缺少的部分功率，之后电压会上升并恢复至稳态，期间直流母线电压波动幅度较小最低降至717V即0.99pu，与额定值仅差0.01pu。

图8(a)为能量路由器系统投入辅助性虚拟负载时直流母线电压的仿真图。图8(b)为未投入辅助性虚拟负载时直流母线电压的仿真图。

可以发现在本申请控制器的作用下，多变换器相互作用引起的谐振过程被很好的抑制了，表明系统的谐振回路消失了且系统的阻尼得到了提升，充分证明了辅助性虚拟负载控制器的有效性。

Claims (5)

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4、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；

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为直流母线电容，C_V为虚拟电容，t为时间，

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：

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；

步骤3中，虚拟同步发电机的转子运动方程表示为：

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；

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：

当系统运行处于稳态时，u_dc1＝u_dcn，公式6变形为：

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：

式中，s为拉普拉斯算子，u_dcn为直流母线电压额定值。

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4中，辅助性虚拟负载的电压，表示为：

u_dc1+i_o(R_V+sL_V)＝u_dc 公式9，

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为直流母线电压瞬时值。

4.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，D表示为：

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。

5.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，虚拟电容C_V表示为：

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。

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