CN113162086B - 储能vsg前级功率变换系统输出电压pi参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能变流器技术领域，公开了一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法。包括：求取前级功率变换系统带理想电流源型负载时的输出电压PI参数第一选择区域；计算其闭环输出阻抗幅值的阈值R_thresh；计算最小输出功率下前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min；将第一选择区域和阻抗约束区域的交叠区作为前级功率变换系统输出电压PI控制器参数的级联鲁棒稳定区。该级联鲁棒稳定区中的输出电压PI控制器参数可以确保分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下稳定运行。

Description

储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法

技术领域

本发明属于储能变流器技术领域，具体涉及一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法。

背景技术

储能虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)能够根据调度指令快速、准确地控制功率输出，平抑出力波动，同时可以模拟同步发电机的惯性与阻尼特性，为电网提供惯性和功率支撑，实现调频、调压等辅助服务功能，是解决大规模分布式可再生能源友好并网问题的有效方法。

为了适应蓄电池端电压宽变化范围，降低控制难度，储能VSG通常采用分体式结构。其中，前级子系统为蓄电池功率变换系统(Power Converter System,PCS)，通常采用Boost变换器，工作在直流母线端稳压、蓄电池端恒流的双闭环控制模式，且和蓄电池及其电池管理系统组装在一起。后级子系统为工作在VSG控制方式的三相电压源型并网逆变器(简称为VSG)。很多情况下，储能VSG的前、后级子系统采购自不同厂家。二者的主电路设计参数(如额定容量、直流母线电压等)基本匹配，但是双方设计人员难以获知彼此的闭环控制参数和准确的阻抗模型。前级设计人员往往将后级子系统视作额定功率的电流源型负载，后级设计人员将前级子系统视作理想电压源。基于此方法得出的控制参数可以确保各级子系统单独稳定运行，但是二者联调时可能会因阻抗失配而出现级联不稳定的现象。

分体式储能VSG前、后级子系统的级联稳定性对其可靠实现调频、调压等辅助服务功能至关重要。遗憾的是，鲜有学者对该级联稳定性问题进行深入探讨。目前，储能VSG的研究文献大多关注前级电池储能容量配置、后级VSG的本体稳定性及其与电网的交互稳定性等问题，而且在系统建模时均将直流侧等效为理想电压源，完全忽略了前级PCS的输出阻抗对储能VSG运行稳定性的影响。

目前，改善系统级联稳定性的技术路线有三种，包括：增大直流母线电容、采用直流母线电压或电流前馈的虚拟阻抗控制、优化控制器参数。与前两者相比，通过优化控制器参数来进行阻抗重塑，既没有增加系统的硬件成本与体积，也没有引入额外的控制环节，因此实现方便，经济性较好，且同样具有较好的效果。但其需要获知具体工况下前、后级系统的准确阻抗模型，而且设计出的控制参数难以保证系统在全工况下均稳定运行，故无法应用于后级VSG阻抗特性未知的分体式储能VSG系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法，其不需要获知后级VSG的具体阻抗特性，可以确保分体式储能虚拟同步发电机的前级功率变换系统和后级VSG控制的三相电压源型并网逆变器系统联调时不产生阻抗失配问题，在整个工作条件范围内都不会出现前、后级系统级联不稳定现象，具有很强的鲁棒性和实用性。

为实现上述目的，本发明提供了一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法，所述输出电压PI参数用于分体式储能虚拟同步发电机的前级功率变换系统的输出电压PI控制器，所述前级功率变换系统采用平均电流控制，所述分体式储能虚拟同步发电机的后级为采用虚拟同步发电机控制的三相电压源型并网逆变器，所述输出电压PI控制器参数包括比例系数k_p1和积分系数k_i1，该设计方法包括以下步骤：

S1.将分体式储能虚拟同步发电机的后级等效视为理想电流源型负载，获得所述前级功率变换系统的输出电压控制系统的闭环传递函数Φ_v(s)和闭环输出阻抗Z_oc(s)；

S2.根据闭环传递函数Φ_v(s)和劳斯稳定判据，确定所述输出电压PI控制器参数的第一选择区域，所述第一选择区域中的输出电压PI控制器参数可确保所述前级功率变换系统带理想电流源型负载时在整个工作条件下均能稳定运行；

S3.根据所述前级功率变换系统的输出电压U_dc和最大输出功率P_o,max，计算所述前级功率变换系统闭环输出阻抗幅值的阈值R_thresh，其中，所述阈值R_thresh的计算公式为：R_thresh＝U_dc ²/P_o,max；

S4.计算最小输出功率下所述前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min，其中，所述最小输出功率为所述前级功率变换系统最大输出功率的1％；

S5.将所述第一选择区域和阻抗约束区域的交叠区作为所述前级功率变换系统输出电压PI控制器参数的级联鲁棒稳定区，所述级联鲁棒稳定区中的输出电压PI控制器参数可以确保所述分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下稳定运行；

其中，所述第一选择区域和所述阻抗约束区域均位于直角坐标系的第一象限内，所述直角坐标系的横坐标为比例系数k_p1，纵坐标为积分系数k_i1；

所述阻抗约束区域为所述直角坐标系的第一象限内的k_p1>k_p1min区域。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S21.确定输入电压步进值U_in,step、输出功率步进值P_o,step；

S22.初始化输出功率P_o为最小输出功率P_o,min，

S23.初始化为最低输入电压U_in,min；

S24.将当前输入电压U_in和输出功率P_o代入闭环传递函数Φ_v(s)，根据劳斯稳定判据求解满足稳定条件的输出电压PI控制器参数的选择范围，并在所述直角坐标系中绘制出与所述选择范围对应的选择区域；

S25.令输入电压U_in为U_in＝U_in+U_in,step，若输入电压U_in不超过输入电压最大值U_in,max，则返回步骤S24；否则，则跳转步骤S26；

S26.令输出功率P_o为P_o＝P_o+P_o,step，若输出功率P_o不超过输出功率最大值P_o,max，则返回步骤S23；否则，则跳转步骤S27；

S27.将所有绘制出的选择区域的重叠部分作为第一选择区域。

进一步的，其特征在于，所述步骤S4中具体为：

S41.令比例系数k_p1为0.01，令拉普莱斯算子s为s＝j2πf，其中，j为虚数单位，f为频率；

S42.初始化f为f_min，初始化闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max为0；

S43.根据比例系数k_p1、最小输出功率P_o,min和f，计算闭环输出阻抗的幅值|Z_oc(s)|_s＝j2πf，若|Z_oc(s)|_s＝j2πf≤|Z_oc(s)|_max，则跳转步骤S45；否则，跳转步骤S44；

S44.令|Z_oc(s)|_max＝|Z_oc(s)|_s＝j2πf；

S45.令f＝f+f_step，其中，f_step为频率更新步长，若f<f_max，f_max为预设值，则返回步骤S43；否则，跳转步骤S46；

S46.若|Z_oc(s)|_max＜R_thresh，则k_p1＝k_p1+k_p1,step，k_p1,step为比例系数k_p1的更新步长，返回步骤42，否则，输出比例系数k_p1，即满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min。

进一步的，f_max的范围为0.2f_s1≤f_max≤0.5f_s1，f_s1为所述前级功率变换系统的开关频率。

与现有技术相比，本发明提出的储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法无需获知后级三相电压源型并网逆变器的VSG控制参数和数学模型，设计得出的PI参数可确保分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下均稳定运行，具有很强的鲁棒性和实用性。

附图说明

图1(a)为本发明提供的储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法流程图；

图1(b)为本发明提供的储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方中步骤S2的流程图；

图1(c)为本发明提供的储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方中步骤S4的流程图；

图2(a)为本发明实施例公开的分体式储能VSG的主电路图；

图2(b)为本发明实施例公开的分体式储能VSG的前级功率变换系统控制框图；

图2(c)为本发明实施例公开的分体式储能VSG的后级三相电压源型并网逆变器VSG控制框图；

图3为本发明实施例公开设计方法得到的输出电压PI参数的第一选择区域和级联鲁棒稳定区示意图；

图4(a)为本发明实施例公开的VSG在理想电压源供电时的J与D_P的鲁棒稳定区域；

图4(b)为本发明实施例公开的VSG在理想电压源供电时的K与D_Q的鲁棒稳定区域；

图5(a)为k_p1＝0.01、k_i1＝200时，不同K条件下分体式储能VSG的直流母线电压u_dc、瞬时有功功率p_e和瞬时无功功率q_e的仿真波形图(f_g＝50Hz,U_g＝220V,p_set＝10kW)；

图5(b)为k_p1＝6、k_i1＝200时，不同K条件下分体式储能VSG的直流母线电压u_dc、瞬时有功功率p_e和瞬时无功功率q_e的仿真波形图(f_g＝50Hz,U_g＝220V,p_set＝10kW)；

图6(a)为k_p1＝2、k_i1＝200时，不同f_g条件下，u_dc、p_e和q_e的仿真波形图(p_set＝2kW、K＝5、U_g＝220V)；

图6(b)为k_p1＝6、k_i1＝200时，不同f_g条件下，u_dc、p_e和q_e的仿真波形图(p_set＝2kW、K＝5、U_g＝220V)。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法，具体步骤如图1所示，输出电压PI控制器参数包括比例系数k_p1和积分系数k_i1，用于分体式储能虚拟同步发电机的前级功率变换系统的输出电压PI控制器。

下文以图2(a)所示的分体式储能VSG为实施例对本发明设计方法的基本步骤进行详细解释，该分体式储能VSG的前级功率变换系统以Boost变换器为主电路拓扑，采用平均电流控制；后级三相电压源型并网逆变器采用VSG控制(简便起见，后级称为VSG)。其中，u_in和u_dc分别为输入电压和直流母线电压；i_L1为升压电感电流；u_o和u_g分别为后级VSG的输出电压和电网电压。

S1.将分体式储能虚拟同步发电机的后级等效视为理想电流源型负载，获得前级功率变换系统的输出电压控制系统的闭环传递函数Φ_v(s)和闭环输出阻抗Z_oc(s)；

图2(b)为本发明实施例公开的分体式储能VSG的前级功率变换系统控制框图，其中，u_dc,ref和u_dc,f分别为直流母线电压参考值和反馈值，i_L1,ref和i_L1,f为升压电感电流的参考值和反馈值。

图2(c)为本发明实施例公开的分体式储能VSG的后级三相电压源型并网逆变器VSG控制框图，其中，p_set和q_set分别为输入的有功和无功功率设定值；p_e和q_e分别为输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率；LPF(Low Pass Filter)为输出功率采样时的二阶低通滤波器；J和K分别为有功环和无功环的惯性系数；D_P和D_Q分别为有功环和无功环的下垂系数；ω和ω_n分别为输出电压的角频率及其额定值；U_on为输出电压额定值；有功环和无功环的输出θ和E_r分别为调制波电压e_r的相角和有效值。

前级Boost变换器的主要参数如表1所示。后级VSG的主要参数如表2所示。

表1前级Boost变换器的主要参数

表2后级VSG的主要参数

前级Boost变换器的输出电压控制系统闭环传递函数为：

式中，G_ud(s)为占空比

到输出电压(即直流母线电压)

的传递函数，G_i(s)和G_v(s)分别为电流内环和输出电压外环的PI控制器传递函数，T_i(s)和T_v(s)分别为电流内环和输出电压外环的环路增益，其表达式见表3。表中，D和I_L1分别为Boost变换器占空比和升压电感电流的静态工作点，D'＝1-D，k_p1和k_p2为PI控制器的比例系数，k_i1和k_i2为PI控制器的积分系数，K₁和K₂分别为滤波电感电流和输出电压采样系数，F_m为PWM增益。

前级Boost变换器的闭环输出阻抗为：

式中，Z_oo(s)为直流变换器的开环输出阻抗，G_id(s)分别为占空比

到滤波电感电流

的传递函数，A_i(s)为输入电流

到滤波电感电流

的传递函数，其表达式见表3。

表3式(1)-(2)中相关传递函数表达式

S2.根据闭环传递函数Φ_v(s)和劳斯稳定判据，确定输出电压PI控制器参数的第一选择区域，第一选择区域中的输出电压PI控制器参数可确保前级功率变换系统带理想电流源型负载时在整个工作条件下均能稳定运行。

首先确定输入电压步进值U_in,step为1、输出功率步进值P_o,step为100；然后，初始化输出功率P_o为最小输出功率100W，初始化输入电压U_in为240V；接着，将当前输入电压U_in和输出功率P_o代入式(1)，根据劳斯稳定判据求解满足稳定条件的输出电压PI控制器参数的选择范围，并在所述直角坐标系中绘制出与所述选择范围对应的选择区域；令输入电压U_in为U_in＝U_in+U_in,step，若输入电压U_in不超过336V，则重复上一个步骤；否则，令输出功率P_o为P_o＝P_o+P_o,step，输入电压U_in初始为240V；若输出功率P_o不超过输出功率最大值P_o,max，则重复上述第三个步骤；否则，将所有绘制出的选择区域的重叠部分作为第一选择区域，如图3所示，直角坐标系的横坐标为比例系数k_p1，纵坐标为积分系数k_i1，第一选择区域位于直角坐标系的第一象限内，曲线1的下方即为第一选择区域。此第一选择区域可确保Boost变换器在整个输入电压和输出功率条件下带理想电流源负载稳定运行(电流环PI控制器参数为k_p2＝10,k_i2＝1000)。

S3.根据前级功率变换系统的输出电压U_dc和最大输出功率P_o,max，计算前级功率变换系统闭环输出阻抗幅值的阈值R_thresh，其中，阈值R_thresh的计算公式为：R_thresh＝U_dc ²/P_o,max；

根据设计步骤S3，前级功率变换系统闭环输出阻抗幅值的阈值R_thresh为：

本发明实施例中计算得到的阈值R_thresh约为44.5。

S4.计算最小输出功率下前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min，其中，最小输出功率为前级功率变换系统最大输出功率的1％；

首先，令比例系数k_p1为0.01，令拉普莱斯算子s为j2πf，初始化f为0.1Hz，初始化闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max为0；然后，根据比例系数k_p1、最小输出功率100W和f，计算闭环输出阻抗的幅值|Z_oc(s)|_s＝j2πf，若|Z_oc(s)|_s＝j2πf≤|Z_oc(s)|_max，则执行下一个步骤；否则，令|Z_oc(s)|_max＝|Z_oc(s)|_s＝j2πf；接着，令f＝f+0.1，若f<4kHz，则重复上一个步骤；否则，判断|Z_oc(s)|_max是否小于R_thresh，若|Z_oc(s)|_max<R_thresh，则令k_p1＝k_p1+0.01，初始化f为0.1Hz，初始化闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max为0，并重复第二个步骤；否则，输出此刻的比例系数k_p1，即满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min。最终获得的k_p1min为4。

S5.将第一选择区域和阻抗约束区域的交叠区作为前级功率变换系统输出电压PI控制器参数的级联鲁棒稳定区，级联鲁棒稳定区中的输出电压PI控制器参数可以确保分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下稳定运行。阻抗约束区域为直角坐标系的第一象限内的k_p1>k_p1min区域，即图3中曲线4右侧部分区域。

将图3所示的第一选择区域和k_p1>k_p1min＝4的阻抗约束区域交叠，可得本发明的分体式储能虚拟同步发电机前级功率变换系统输出电压PI参数的级联鲁棒稳定区，如图3阴影所示。该级联鲁棒稳定区内的输出电压PI参数可以确保前级Boost变换器和后级VSG始终级联稳定，而无需考虑后级VSG具体的闭环输入阻抗特性。

图3所示的第一选择区域可以划分为两个区域：区域a、区域b(级联鲁棒稳定区)。若前级Boost变换器的输出电压控制器参数选自区域a，则分体式储能VSG联调时，在某些后级VSG控制参数K和系统运行工况下可能出现不稳定；若其取自区域b，则分体式储能VSG联调时可始终保持稳定，而不受后级VSG控制参数K和系统运行工况的影响。

下面通过仿真来验证本发明设计方法的可行性。其主电路参数如表1和表2所示。后级VSG的功率环参数选自图4(a)和4(b)所示的鲁棒稳定区(可确保理想电压源单独供电时，VSG在整个电网电压和频率变化范围内稳定运行)，其主要参数为：J＝0.01，D_p＝1500，D_Q＝150，q_set＝0。仿真在t＝0s开始执行。t＝0.3s前，VSG处于PLL预同步阶段。t＝0.3s时，VSG并网。仿真时长定为8s。

图5(a)为k_p1＝0.01、k_i1＝200时(选自于区域a)，不同K条件下分体式储能VSG的直流母线电压u_dc、瞬时有功功率p_e和瞬时无功功率q_e的仿真波形图(f_g＝50Hz,U_g＝220V,p_set＝10kW)；图5(b)为k_p1＝6、k_i1＝200时(选自于区域b)，不同K条件下分体式储能VSG的直流母线电压u_dc、瞬时有功功率p_e和瞬时无功功率q_e的仿真波形图(f_g＝50Hz,U_g＝220V,p_set＝10kW)。

根据图5(a)和图5(b)可以看出：当k_p1＝0.01，k_i1＝200(区域a内)时，随着K的减小，u_dc会逐渐失去稳定；当k_p1＝6，k_i1＝200(区域b内)时，尽管K大范围变化，u_dc均能保持稳定。这说明：(1)当前级功率变换系统输出电压PI参数选自第一选择区域时，分体式储能虚拟同步发电机系统的稳定性会受后级VSG无功环惯性系数K的影响；(2)本发明设计方法得出的级联鲁棒稳定区内的前级功率变换系统输出电压PI参数，可以确保分体式储能虚拟同步发电机不受后级VSG无功环惯性系数K的影响，始终稳定。

图6(a)为k_p1＝2、k_i1＝200时(选自于区域a)，不同f_g条件下，u_dc、p_e和q_e的仿真波形图(p_set＝2kW、K＝5、U_g＝220V)；图6(b)为k_p1＝6、k_i1＝200时(区域b内)，不同f_g条件下，u_dc、p_e和q_e的仿真波形图(p_set＝2kW、K＝5、U_g＝220V)。

根据图6(a)和图6(b)可以看出：若k_p1＝2，k_i1＝200(区域a内)，则当f_g＝50Hz(P_o＝2kW)和f_g＝50.2Hz(P_o＝100W)时，u_dc振荡；当f_g＝49.5Hz(P_o＝6.8kW)时，u_dc稳定。若k_p1＝6，k_i1＝200(区域b内)，则整个电网频率变化范围内u_dc均能保持稳定。这些表明：(1)当前级功率变换系统输出电压PI参数选自第一选择区域时，分体式储能虚拟同步发电机的稳定性会受电网频率f_g(电网频率f_g本质上反映了输出功率P_o)的影响。(2)本发明设计方法得出的级联鲁棒稳定区内的前级功率变换系统输出电压PI参数，可以确保分体式储能虚拟同步发电机始终稳定，而不受电网频率f_g(本质上反映了输出功率P_o)的影响。

因此，综合上述分析可知，本发明提出的储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法，可有效避免分体式储能虚拟同步发电机联调时出现的系统不稳定现象，解决了分布式储能并网发电场合的应用问题。本发明提出的设计过程，可确保本文控制方法在整个工作范围内顺利实施。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在实际的关系或者顺序。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而非对其限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种储能VSG前级功率变换系统输出电压PI参数设计方法，所述输出电压PI参数用于分体式储能虚拟同步发电机的前级功率变换系统的输出电压PI控制器，所述前级功率变换系统采用平均电流控制，所述分体式储能虚拟同步发电机的后级为采用虚拟同步发电机控制的三相电压源型并网逆变器，所述输出电压PI控制器参数包括比例系数k_p1和积分系数k_i1，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将分体式储能虚拟同步发电机的后级等效视为理想电流源型负载，获得所述前级功率变换系统的输出电压控制系统的闭环传递函数Φ_v(s)和闭环输出阻抗Z_oc(s)；

S2.根据闭环传递函数Φ_v(s)和劳斯稳定判据，确定所述输出电压PI控制器参数的第一选择区域，所述第一选择区域中的输出电压PI控制器参数可确保所述前级功率变换系统带理想电流源型负载时在整个工作条件下均能稳定运行；

S3.根据所述前级功率变换系统的输出电压U_dc和最大输出功率P_o,max，计算所述前级功率变换系统闭环输出阻抗幅值的阈值R_thresh，其中，所述阈值R_thresh的计算公式为：R_thresh＝U_dc ²/P_o,max；

S4.计算最小输出功率下所述前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min，其中，所述最小输出功率为所述前级功率变换系统最大输出功率的1％；

所述计算最小输出功率条件下所述前级功率变换系统闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min，具体为：

S41.令比例系数k_p1为0.01，令拉普莱斯算子s为s＝j2πf，其中，j为虚数单位，f为频率；

S42.初始化f为f_min，初始化闭环输出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max为0；

S43.根据比例系数k_p1、最小输出功率P_o,min和f，计算闭环输出阻抗的幅值|Z_oc(s)|_s＝j2πf，若|Z_oc(s)|_s＝j2πf≤|Z_oc(s)|_max，则跳转步骤S45；否则，跳转步骤S44；

S44.令|Z_oc(s)|_max＝|Z_oc(s)|_s＝j2πf；

S45.令f＝f+f_step，其中，f_step为频率更新步长，若f<f_max，f_max为预设值，则返回步骤S43；否则，跳转步骤S46；

S46.若|Z_oc(s)|_max＜R_thresh，则k_p1＝k_p1+k_p1,step，k_p1,step为比例系数k_p1的更新步长，返回步骤42，否则，输出比例系数k_p1，即满足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh时的输出电压PI控制器参数的比例系数k_p1min；

S5.将所述第一选择区域和阻抗约束区域的交叠区作为所述前级功率变换系统输出电压PI控制器参数的级联鲁棒稳定区，所述级联鲁棒稳定区中的输出电压PI控制器参数可以确保所述分体式储能虚拟同步发电机在整个工作条件下稳定运行；

其中，所述第一选择区域和所述阻抗约束区域均位于直角坐标系的第一象限内，所述直角坐标系的横坐标为比例系数k_p1，纵坐标为积分系数k_i1；

所述阻抗约束区域为所述直角坐标系的第一象限内的k_p1>k_p1min区域。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21.确定输入电压步进值U_in,step、输出功率步进值P_o,step；

S22.初始化输出功率P_o为最小输出功率P_o,min，

S23.初始化为最低输入电压U_in,min；

S24.将当前输入电压U_in和输出功率P_o代入闭环传递函数Φ_v(s)，根据劳斯稳定判据求解满足稳定条件的输出电压PI控制器参数的选择范围，并在所述直角坐标系中绘制出与所述选择范围对应的选择区域；

S25.令输入电压U_in为U_in＝U_in+U_in,step，若输入电压U_in不超过输入电压最大值U_in,max，则返回步骤S24；否则，则跳转步骤S26；

S26.令输出功率P_o为P_o＝P_o+P_o,step，若输出功率P_o不超过输出功率最大值P_o,max，则返回步骤S23；否则，则跳转步骤S27；

S27.将所有绘制出的选择区域的重叠部分作为第一选择区域。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，f_max的范围为0.2f_s1≤f_max≤0.5f_s1，f_s1为所述前级功率变换系统的开关频率。

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