CN114421452B - 一种适用于直流充电站的非线性控制系统及方法 - Google Patents

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CN114421452B CN202210308991.4A CN202210308991A CN114421452B CN 114421452 B CN114421452 B CN 114421452B CN 202210308991 A CN202210308991 A CN 202210308991A CN 114421452 B CN114421452 B CN 114421452B
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Abstract

本发明涉及一种适用于直流充电站的非线性控制系统及方法，构建了包括电动汽车快速充电桩、机侧变流器、飞轮储能系统和飞轮储能系统的非线性控制系统，同时通过建立飞轮储能‑电动汽车快充站系统的非线性模型，研究快充站母线电压控制效果和储能出力电流控制精度，通过有效的控制方法，提供快速响应负荷电流突变和飞轮转速变化的能力，并设计相应的储能系统充放电控制策略。本发明可有效抑制飞轮转速变化及负荷接入对母线电压的影响，对配电网的冲击得到缓解。

Description

一种适用于直流充电站的非线性控制系统及方法
技术领域
本发明属于飞轮储能技术领域，尤其是一种适用于直流充电站的非线性控制系统及方法。
背景技术
随着电动汽车(electric vehicle，EV)的大量普及，电动汽车快速充电站(fastcharging station，FCS)逐渐在城市核心区域投入建设与运营。然而高功率、大电流的快充站冲击性负荷的接入会对电力系统的稳定运行造成不利影响。为解决冲击性负荷接入造成电网功率爬坡率骤升及充电启动阶段母线电压的大幅度跌落问题，在直流快速充电站配置储能装置提供高功率充放电服务可有效抑制负荷冲击带来的不良影响。相对于传统的控制方式而言，本发明中所使用的非线性控制策略可以很好的减小负荷接入瞬间对系统所带的冲击性影响，可以达到对电网性能优化、提升电能质量的目的。因此，研究飞轮储能系统非线性控制策略，对未来电网的高质量发展具有很重要的意义，但是目前尚未出现有效的飞轮储能系统非线性控制策略。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种适用于直流充电站的非线性控制系统及方法，能够解决电动汽车等大功率负荷接入电网时对电网电压所带来的冲击性影响。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种适用于直流充电站的非线性控制系统，设置在直流母线和负荷之间的线路上，包括电动汽车快速充电桩、机侧变流器、飞轮储能系统和飞轮储能系统的非线性控制系统，其中，电动汽车快速充电桩用于为电动汽车提供充电服务，机侧变流器用于电流的交直流转换，飞轮储能系统用于提供秒级或分钟级的充放电服务，飞轮储能系统的非线性控制系统用于控制飞轮储能系统，降低飞轮储能系统充放电对电网的影响；并且电动汽车快速充电桩和机侧变流器的输入侧连接直流母线，机侧变流器的输出侧串联飞轮储能系统以及负荷，电动汽车快速充电桩和直流母线分别连接负荷。
一种适用于直流充电站的非线性控制系统，设置在直流母线和负荷之间的线路上，包括电动汽车快速充电桩、机侧变流器、飞轮储能系统和飞轮储能系统的非线性控制系统，其中，电动汽车快速充电桩用于为电动汽车提供充电服务，机侧变流器用于电流的交直流转换，飞轮储能系统用于提供秒级或分钟级的充放电服务，飞轮储能系统的非线性控制系统用于控制飞轮储能系统，降低飞轮储能系统充放电对电网的影响；并且电动汽车快速充电桩和机侧变流器的输入侧连接直流母线，机侧变流器的输出侧串联飞轮储能系统以及负荷，电动汽车快速充电桩和直流母线分别连接负荷。
一种适用于直流充电站的非线性控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在飞轮储能系统的非线性控制系统中，构建电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统模型，同时得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程；
步骤2、根据步骤1构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程，构建以母线电压稳定为目标控制方程；
步骤3、对步骤2中得到的控制方程建立映射关系使得飞轮储能系统的非线性控制系统
Figure DEST_PATH_IMAGE002
具有渐进稳定平衡点，且有
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤4、对步骤2中得到的控制方程进行降维处理，并且进行简化分析；
步骤5、根据步骤4中降维处理的控制方程，设计控制率方程使得理论流形面M全局渐近稳定并进行判据判定，流形面M的隐流形为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤6、对于步骤5中的隐流形
Figure 149532DEST_PATH_IMAGE006
计算目标闭环系统控制策略
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤7、根据步骤1至6完成快充站-飞轮储能系统充放电策略的构建。
而且，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、飞轮储能系统采用
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的矢量控制，则飞轮储能系统非线性系统模型表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为直流母线电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为飞轮储能系统侧变流器的直流电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
分别为电动汽车快速充电桩侧变流器相应的相电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为q轴等效电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为q轴电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
分别为FCS-FESS侧变流器相应的相电流，同时
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为正表示为电动汽车快速充电桩充电，
Figure 96367DEST_PATH_IMAGE032
为负表示为电动汽车快速充电桩放电，
Figure 344945DEST_PATH_IMAGE032
为零表示电动汽车快速充电桩处于恒速待机状态；
步骤1.2、由于电流d轴分量为零，并且忽略定子绕组
Figure DEST_PATH_IMAGE034
与微分项乘积对飞轮系统的影响，得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为直流母线电压给定值；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为直流侧母线电容；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure DEST_PATH_IMAGE044
分别为PMSM的转子的电角速度、极对数和永磁体的磁链；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为定子的绕组电阻；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为网侧变流器提供的直流电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为电动汽车快速充电桩充电电流；
步骤1.3、在电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程中增加电流内环方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
Figure DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE058
分别为d轴和q轴的电感；
Figure DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为电流环的比例积分项系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为PWM+延迟环节的系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE068
和
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为耦合项中惯性环节的系数，并且由于实际电流环带宽处的近似条件，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE072
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为中间变量；
步骤1.2中直流侧母线电压非线性方程以及步骤1.3中电流内环方程为电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程。
而且，所述步骤2的具体实现方法为：联立步骤1.2中的直流侧母线电压非线性方程和步骤1.3中电流内环方程得到以母线电压稳定为目标控制方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为飞轮储能系统的状态变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为飞轮储能系统的控制量，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
和
Figure DEST_PATH_IMAGE094
分别为PMSM的转子的电角速度和永磁体的磁链；
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为直流侧母线电容，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为定子的绕组电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为直流母线电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
为直流母线电压给定值，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
为q轴电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
为网侧变流器提供的直流电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
为电动汽车快速充电桩充电电流。
而且，所述步骤3中选取映射关系时，若考虑非线性系统：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
则存在映射：
Figure DEST_PATH_IMAGE112
其中，映射关系中均为中间变量，通过寻找控制律
Figure DEST_PATH_IMAGE114
，使系统可渐进稳定地收敛到平衡点
Figure DEST_PATH_IMAGE116
。
而且，所述步骤4的具体实现方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE118
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE120
，
Figure DEST_PATH_IMAGE122
为中间变量，指定映射关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE124
，进行高阶被控系统降阶处理，并且当选取
Figure 330700DEST_PATH_IMAGE122
为正值时，该系统具有渐进稳定的平衡点
Figure DEST_PATH_IMAGE126
。
而且，所述步骤5中计算理论流形面M的选取要求为：
Figure DEST_PATH_IMAGE128
隐流形表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE130
若此时
Figure DEST_PATH_IMAGE132
，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE134
渐进稳定地收敛到平衡点，母线电压收敛到稳态值
Figure DEST_PATH_IMAGE136
。
而且，所述步骤6包括以下步骤：
对隐流形
Figure DEST_PATH_IMAGE138
求导得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE140
计算得到目标闭环系统控制策略
Figure DEST_PATH_IMAGE142
：
Figure DEST_PATH_IMAGE144
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE146
和
Figure DEST_PATH_IMAGE148
为中间变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure DEST_PATH_IMAGE152
为中间变量。
而且，所述步骤7的具体实现方法为：构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统在网系统中交流源部分在d-q坐标系下得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE154
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
为网侧电压控制器的比例积分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE158
为转速信号的比例积分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE160
为PMSM的转子的电角速度得给定值，在母线电压快速恢复后电网侧出力无法即时响应，将转速变化信息引入网侧控制，实时配置网侧出力信号。
本发明的优点和积极效果是：
本发明构建了包括电动汽车快速充电桩、机侧变流器、飞轮储能系统和飞轮储能系统的非线性控制系统的非线性控制系统，同时通过建立飞轮储能-电动汽车快充站系统的非线性模型，研究快充站母线电压控制效果和储能出力电流控制精度，通过有效的控制方法，提供快速响应负荷电流突变和飞轮转速变化的能力，并设计相应的储能系统充放电控制策略。本发明可有效抑制飞轮转速变化及负荷接入对母线电压的影响，对配电网的冲击得到缓解。
附图说明
图1为本发明含飞轮储能系统的非线性控制系统；
图2为本发明非线性控制系统的控制方法流程图；
图3为本发明飞轮储能系统拓扑结构图；
图4为本发明飞轮储能系统电流内环控制结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种适用于直流充电站的非线性控制系统，如图1所示，设置在直流母线和负荷之间的线路上，包括电动汽车快速充电桩（FCS）、机侧变流器、飞轮储能系统（FESS）和飞轮储能系统的非线性控制系统，其中，电动汽车快速充电桩用于为电动汽车提供充电服务，机侧变流器用于电流的交直流转换，飞轮储能系统用于提供秒级或分钟级的充放电服务，飞轮储能系统的非线性控制系统用于控制飞轮储能系统，降低飞轮储能系统充放电对电网的影响；并且电动汽车快速充电桩和机侧变流器的输入侧连接直流母线，机侧变流器的输出侧串联飞轮储能系统以及负荷，电动汽车快速充电桩和直流母线分别连接负荷。
一种适用于直流充电站的非线性控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在飞轮储能系统的非线性控制系统中，构建电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统模型，同时得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程。
步骤1.1、飞轮储能系统采用
Figure 237083DEST_PATH_IMAGE010
的矢量控制，则飞轮储能系统非线性系统模型表示为：
Figure 856283DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 498484DEST_PATH_IMAGE014
为直流母线电压；
Figure 494122DEST_PATH_IMAGE016
为飞轮储能系统侧变流器的直流电流；
Figure 631842DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 218681DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 441852DEST_PATH_IMAGE022
分别为电动汽车快速充电桩侧变流器相应的相电压，
Figure 772340DEST_PATH_IMAGE024
为q轴等效电压；
Figure 30146DEST_PATH_IMAGE026
为q轴电流，
Figure 554930DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 265397DEST_PATH_IMAGE030
分别为FCS-FESS侧变流器相应的相电流，同时
Figure 337258DEST_PATH_IMAGE032
为正表示为电动汽车快速充电桩充电，
Figure 574205DEST_PATH_IMAGE032
为负表示为电动汽车快速充电桩放电，
Figure 378213DEST_PATH_IMAGE032
为零表示电动汽车快速充电桩处于恒速待机状态；
步骤1.2、由于电流d轴分量为零，并且忽略定子绕组
Figure 700610DEST_PATH_IMAGE034
与微分项乘积对飞轮系统的影响，得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程：
Figure 248266DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 103833DEST_PATH_IMAGE038
为直流母线电压给定值；
Figure 344321DEST_PATH_IMAGE040
为直流侧母线电容；
Figure 888435DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 239782DEST_PATH_IMAGE044
分别为PMSM的转子的电角速度、极对数和永磁体的磁链；
Figure 185741DEST_PATH_IMAGE046
为定子的绕组电阻；
Figure 597131DEST_PATH_IMAGE048
为网侧变流器提供的直流电流；
Figure 831803DEST_PATH_IMAGE050
为电动汽车快速充电桩充电电流；
步骤1.3、在电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程中增加电流内环方程：
Figure 347360DEST_PATH_IMAGE052
Figure 288772DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure 995696DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 389769DEST_PATH_IMAGE058
分别为d轴和q轴的电感；
Figure 207552DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 3470DEST_PATH_IMAGE062
为电流环的比例积分项系数，
Figure 881296DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 762664DEST_PATH_IMAGE066
为PWM+延迟环节的系数；
Figure 888533DEST_PATH_IMAGE068
和
Figure 538957DEST_PATH_IMAGE070
为耦合项中惯性环节的系数，并且由于实际电流环带宽处的近似条件，得到
其中，
Figure 525368DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure 18666DEST_PATH_IMAGE076
为中间变量；
步骤1.2中直流侧母线电压非线性方程以及步骤1.3中电流内环方程为电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程。
步骤2、根据步骤1构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程，构建以母线电压稳定为目标控制方程。
联立步骤1.2中的直流侧母线电压非线性方程和步骤1.3中电流内环方程得到以母线电压稳定为目标控制方程：
Figure 53618DEST_PATH_IMAGE078
其中，
Figure 948762DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure 43757DEST_PATH_IMAGE082
，
Figure 525816DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 364459DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure 848530DEST_PATH_IMAGE088
为飞轮储能系统的状态变量，
Figure 114426DEST_PATH_IMAGE090
为飞轮储能系统的控制量，
Figure 316737DEST_PATH_IMAGE092
和
Figure 959071DEST_PATH_IMAGE094
分别为PMSM的转子的电角速度和永磁体的磁链；
Figure 563228DEST_PATH_IMAGE096
为直流侧母线电容，
Figure 25DEST_PATH_IMAGE098
为定子的绕组电阻，
Figure 391430DEST_PATH_IMAGE100
为直流母线电压，
Figure 696510DEST_PATH_IMAGE102
为直流母线电压给定值，
Figure 30539DEST_PATH_IMAGE104
为q轴电流，
Figure 762872DEST_PATH_IMAGE106
为网侧变流器提供的直流电流，
Figure 815141DEST_PATH_IMAGE108
为电动汽车快速充电桩充电电流。
步骤3、对步骤2中得到的控制方程建立映射关系使得飞轮储能系统的非线性控制系统
Figure 923912DEST_PATH_IMAGE002
具有渐进稳定平衡点，且有
Figure 378027DEST_PATH_IMAGE004
。
选取映射关系时，若考虑非线性系统：
Figure 782725DEST_PATH_IMAGE110
则存在映射：
Figure 322291DEST_PATH_IMAGE112
其中，映射关系中均为中间变量，通过寻找控制律
Figure 969173DEST_PATH_IMAGE114
，使系统可渐进稳定地收敛到平衡点
Figure 605691DEST_PATH_IMAGE116
。
步骤4、降低控制方程的维度，并且进行简化分析。
Figure 555192DEST_PATH_IMAGE118
其中，
Figure 441109DEST_PATH_IMAGE120
，
Figure 767048DEST_PATH_IMAGE122
为中间变量，指定映射关系为
Figure 547486DEST_PATH_IMAGE124
，进行高阶被控系统降阶处理，并且当选取
Figure 667888DEST_PATH_IMAGE122
为正值时，该系统具有渐进稳定的平衡点
Figure 306680DEST_PATH_IMAGE126
。
步骤5、根据步骤4中降维处理的控制方程，设计控制率方程使得理论流形面M全局渐近稳定并进行判据判定，流形面M的隐流形为
Figure 170731DEST_PATH_IMAGE006
。
计算理论流形面M的选取要求为：
Figure 312999DEST_PATH_IMAGE128
隐流形表示为：
若此时
Figure 869882DEST_PATH_IMAGE132
，得到
Figure 995970DEST_PATH_IMAGE134
渐进稳定地收敛到平衡点，母线电压收敛到稳态值
Figure 663712DEST_PATH_IMAGE136
。
步骤6、计算目标闭环系统控制策略
Figure DEST_PATH_IMAGE162
。
对隐流形
Figure 630793DEST_PATH_IMAGE138
求导得到：
Figure 686474DEST_PATH_IMAGE140
计算得到目标闭环系统控制策略u=v（x）：
Figure 34279DEST_PATH_IMAGE144
其中
Figure 240132DEST_PATH_IMAGE146
和
Figure 356993DEST_PATH_IMAGE148
为中间变量，
Figure 255679DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure 323735DEST_PATH_IMAGE152
为中间变量。
步骤7、设计快充站-飞轮储能系统充放电策略设计。
构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统在网系统中交流源部分在d-q坐标系下得到：
Figure 333280DEST_PATH_IMAGE154
中，
Figure 835805DEST_PATH_IMAGE156
为网侧电压控制器的比例积分系数，
Figure 967709DEST_PATH_IMAGE158
为转速信号的比例积分系数，
Figure 165472DEST_PATH_IMAGE160
为PMSM的转子的电角速度得给定值。
考虑传统FESS并网采用“电压-电流”与“转速-电流”双闭环控制结构，在开关切换瞬态会对直流母线造成二次冲击。基于I&I非线性控制策略对母线电压具有良好跟踪能力，考虑FESS传统充电控制结构及二次冲击问题优化充电控制环节。在母线电压快速恢复后电网侧出力无法即时响应，将转速变化信息引入网侧控制，从而实时配置网侧出力信号。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在飞轮储能系统的非线性控制系统中，构建电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统模型，同时得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程；
步骤2、根据步骤1构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程，构建以母线电压稳定为目标控制方程；
步骤3、对步骤2中得到的控制方程建立映射关系使得飞轮储能系统的非线性控制系统
Figure DEST_PATH_IMAGE001
具有渐进稳定平衡点，且有
Figure 215512DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤4、对步骤2中得到的控制方程进行降维处理，并且进行简化分析；
步骤5、根据步骤4中降维处理的控制方程，设计控制率方程使得理论流形面M全局渐近稳定并进行判据判定，流形面M的隐流形为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤6、对于步骤5中的隐流形
Figure 585182DEST_PATH_IMAGE003
计算目标闭环系统控制策略
Figure 771444DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤7、根据步骤1至6完成快充站-飞轮储能系统充放电策略的构建。
2.根据权利要求1所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、飞轮储能系统采用
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的矢量控制，则飞轮储能系统非线性系统模型表示为：
Figure 120648DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为直流母线电压；
Figure 872703DEST_PATH_IMAGE008
为飞轮储能系统侧变流器的直流电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 882116DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分别为电动汽车快速充电桩侧变流器相应的相电压，
Figure 86833DEST_PATH_IMAGE012
为q轴等效电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为q轴电流，
Figure 971219DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
分别为FCS-FESS侧变流器相应的相电流，同时
Figure 577780DEST_PATH_IMAGE016
为正表示为电动汽车快速充电桩充电，
Figure 102303DEST_PATH_IMAGE016
为负表示为电动汽车快速充电桩放电，
Figure 512424DEST_PATH_IMAGE016
为零表示电动汽车快速充电桩处于恒速待机状态；
步骤1.2、由于电流d轴分量为零，并且忽略定子绕组
Figure DEST_PATH_IMAGE017
与微分项乘积对飞轮系统的影响，得到电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程：
Figure 187119DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为直流母线电压给定值；
Figure 398920DEST_PATH_IMAGE020
为直流侧母线电容；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 500868DEST_PATH_IMAGE022
分别为PMSM的转子的电角速度、极对数和永磁体的磁链；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为定子的绕组电阻；
Figure 195024DEST_PATH_IMAGE024
为网侧变流器提供的直流电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为电动汽车快速充电桩充电电流；
步骤1.3、在电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统直流侧母线电压非线性方程中增加电流内环方程：
Figure 142251DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 494645DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE029
分别为d轴和q轴的电感；
Figure 767495DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为电流环的比例积分项系数，
Figure 683367DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为PWM+延迟环节的系数；
Figure 699865DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为耦合项中惯性环节的系数，并且由于实际电流环带宽处的近似条件，得到
Figure 886258DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 454642DEST_PATH_IMAGE038
为中间变量；
步骤1.2中直流侧母线电压非线性方程以及步骤1.3中电流内环方程为电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统能量平衡方程。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：联立步骤1.2中的直流侧母线电压非线性方程和步骤1.3中电流内环方程得到以母线电压稳定为目标控制方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
其中，
Figure 342964DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 412420DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 702587DEST_PATH_IMAGE044
为飞轮储能系统的状态变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为飞轮储能系统的控制量，
Figure 65042DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 909501DEST_PATH_IMAGE048
分别为PMSM的转子的电角速度和永磁体的磁链；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为直流侧母线电容，
Figure 517069DEST_PATH_IMAGE050
为定子的绕组电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
为直流母线电压，
Figure 927321DEST_PATH_IMAGE052
为直流母线电压给定值，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
为q轴电流，
Figure 837509DEST_PATH_IMAGE054
为网侧变流器提供的直流电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为电动汽车快速充电桩充电电流。
4.根据权利要求1所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤3中选取映射关系时，若考虑非线性系统：
Figure 451155DEST_PATH_IMAGE056
则存在映射：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
其中，映射关系中均为中间变量，通过寻找控制律
Figure 613146DEST_PATH_IMAGE058
，使系统可渐进稳定地收敛到平衡点
Figure DEST_PATH_IMAGE059
。
5.根据权利要求1所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：
Figure 596014DEST_PATH_IMAGE060
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 818048DEST_PATH_IMAGE062
为中间变量，指定映射关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，进行高阶被控系统降阶处理，并且当选取
Figure 916061DEST_PATH_IMAGE062
为正值时，该系统具有渐进稳定的平衡点
Figure 350584DEST_PATH_IMAGE064
。
6.根据权利要求1所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤5中计算理论流形面M的选取要求为：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
隐流形表示为：
Figure 328905DEST_PATH_IMAGE066
若此时
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，得到
Figure 705528DEST_PATH_IMAGE068
渐进稳定地收敛到平衡点，母线电压收敛到稳态值
Figure DEST_PATH_IMAGE069
。
7.根据权利要求1或6所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤6包括以下步骤：
对隐流形
Figure 543034DEST_PATH_IMAGE070
求导得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE071
计算得到目标闭环系统控制策略
Figure 797560DEST_PATH_IMAGE072
：
Figure DEST_PATH_IMAGE073
其中
Figure 36912DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为中间变量，
Figure 584437DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为中间变量。
8.根据权利要求1所述的一种适用于直流充电站的非线性控制方法，其特征在于：所述步骤7的具体实现方法为：构建的电动汽车快速充电桩-飞轮储能系统非线性系统在网系统中交流源部分在d-q坐标系下得到：
Figure 909239DEST_PATH_IMAGE078
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
为网侧电压控制器的比例积分系数，
Figure 964526DEST_PATH_IMAGE080
为转速信号的比例积分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
为PMSM的转子的电角速度得给定值，在母线电压快速恢复后电网侧出力无法即时响应，将转速变化信息引入网侧控制，实时配置网侧出力信号。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的适用于直流充电站的非线性控制方法的控制系统，设置在直流母线和负荷之间的线路上，其特征在于：包括电动汽车快速充电桩、机侧变流器、飞轮储能系统和飞轮储能系统的非线性控制系统，其中，电动汽车快速充电桩用于为电动汽车提供充电服务，机侧变流器用于电流的交直流转换，飞轮储能系统用于提供秒级或分钟级的充放电服务，飞轮储能系统的非线性控制系统用于控制飞轮储能系统，降低飞轮储能系统充放电对电网的影响；并且电动汽车快速充电桩和机侧变流器的输入侧连接直流母线，机侧变流器的输出侧串联飞轮储能系统以及负荷，电动汽车快速充电桩和直流母线分别连接负荷。
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