CN114709807A - 一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法 - Google Patents

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CN114709807A CN202210246764.3A CN202210246764A CN114709807A CN 114709807 A CN114709807 A CN 114709807A CN 202210246764 A CN202210246764 A CN 202210246764A CN 114709807 A CN114709807 A CN 114709807A
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Abstract

一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法，首先，建立含多个恒功率负荷的直流微网小信号物理模型，基于此得到系统状态空间方程。其次，直流微网系统的传递函数，实现储能变换器的双闭环控制，根据系统功率界限以及母线电压稳定条件，修正灵活虚拟惯性大小。再次，根据直流微网系统的传递函数画出系统伯德图，并判断系统是否稳定。最后，分析直流微网系统物理模型的输出特性曲线，引入噪声环节，研究随机扰动负荷下的系统输出功率特性。本发明灵活虚拟惯性控制方法的应用使得系统电压波动更加缓和；通过监测系统母线电压的振动情况，在控制器中引入电压微分环节，实时调整系统惯性大小，提高系统响应速度、稳定性，降低稳定时的超调量。

Description

一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法
技术领域
本发明属于直流微网储能环节控制领域，涉及一种基于母线电压稳定的直流微网灵活虚 拟惯性控制方法。
背景技术
随着全球经济的发展，人们对煤炭、石油等化石燃料的消耗日益增长，这不仅造成了资 源的短缺，同时带来的环境污染问题也越来越受到人们重视。为了解决能源短缺及生态环保 问题，以新能源为主的分布式能源的发展利用将发挥重要作用。光伏阵列、风机设备、储能 装置等微源一般通过电力电子器件与直流微网连接，导致系统具有显著的电力电子特性。直 流微电网一般是通过大量的电力电子设备连接到各种高渗透率的可再生能源上。由于负载变 流器通常采用闭环控制调节负荷端电压，这类负荷将对外呈现恒功率负荷的动态特性，一般 具有负阻抗特性。虽然提高了系统的响应速度，但相比交流微网而言，直流微网的惯性更低。
目前，电力电子变换器的虚拟惯性研究主要集中在逆变器控制方面。逆变器的虚拟惯性 控制可分为两种类型：df/dt控制和虚拟同步电机(Virtual SynchronousGenerator,VSG)控制。 通过检测频率微分信号作为附加的功率或转矩信号，使逆变器可瞬间向微网注入或者吸收额 外有功功率，从而增强系统惯性。VSG技术改变逆变器控制策略，在控制系统中引入虚拟惯 量和阻尼，使得逆变器的输出外特性具有同步发电机类似的旋转惯性、下垂特性和阻尼特性。 VSG控制广泛应用于交流微网中。
由于交流系统与直流系统存在物理量一一对应的类比关系，可以模拟同步发电机调节频 率和电压的原理，利用类比推理法来增大直流微电网的惯性。增大直流微电网的惯性，使其 在受到干扰时能够很好地恢复和稳定。当负荷增减、分布式能源波动甚至引入恒功率负载时， 直流微网的母线电压极易失稳，为系统稳定性带来威胁。因此，为了增大直流微网系统的惯 性，提高系统抗扰的能力，虚拟惯性控制的研究方法已成为直流微网稳定性研究领域的热点 之一。
直流微电网中还存在多种类型的负荷，大致可以分为两类：电阻性负荷和恒功率负荷。 其中部分电阻性负荷可直接接入直流母线，直流微网中最基本的类型是电阻负载，很容易建 模。对于这种类型的阻抗，一般选择下垂控制方法来协调控制电流和电压的关系。另外大部 分传统的交流负荷、新型电力电子型负载等则需要通过相应的DC-AC、DC-DC变流器接入。 由于负载变流器通常采用闭环控制调节负荷端电压，这类负荷将对外呈现恒功率负荷的动态 特性，一般具有负阻抗特性。
本发明建立了含恒功率负荷的直流微电网的小信号模型，提出了基于母线电压实时变化 的灵活虚拟惯性控制方法来控制储能模块的DC/DC变换器，解决了由电压微分环节引入系统 所引起的振荡问题。该方法与下垂控制相比增加了直流微电网系统的惯量，减小了小扰动的 影响，提高了系统的稳定性。
发明内容
针对直流微网惯性低，易受到恒功率负荷增减及微源波动的影响，进而导致母线电压失 稳的现象，本发明提供了一种基于储能环节变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法，包括以下步骤：
步骤1，建立含多个恒功率负荷的直流微网小信号物理模型。
直流微网主要由分布式能源、控制器、整流装置、逆变装置、储能单元和交直流负荷等 构成。对于负荷种类而言，有一类负荷需要由闭环控制调节负荷端电压的变换器接入至直流 微网系统中。这类负荷将对外呈现恒功率负荷的动态特性，一般具有负阻抗特性，称为恒功 率负荷。在直流微网系统中，接入短时振荡期间，分布式能源输出功率不随电压变化且保持 恒定，故可将其视为负的恒功率负荷。因此，直流微网可简化成含有储能单元、恒功率负荷 和阻感性负荷的等效物理模型。
步骤2，根据步骤1中搭建的物理模型列写直流微网系统的小信号方程，即搭建直流微 网系统数学模型。
其中针对由电力电子器件连接的恒功率负荷外特性可表示为：
Figure BDA0003545355190000021
其中，icpl为恒功率负荷输出电流，Pcpl为恒功率负荷输出功率,udc为恒功率负荷输出电压。
当直流微网系统中存在多种类恒功率时，本发明在考虑直流微网系统的线路阻抗以及恒 功率负荷的并联电容及电感情况下将其简化等效为单一恒功率负荷，然后对直流微网系统进 行数学建模分析。数学建模得到小信号方程后，对其进行静态分析，当动态量为零时计算得 到系统静态平衡点，经过拉氏变换后进一步得到系统状态空间方程。
步骤3，根据步骤2中所得到的直流微网系统状态空间方程可以推导直流微网系统的母线 电容电压与占空比的传递函数，根据母线电压设定值计算PID参数以此实现储能变换器的电 压电流双闭环控制。
步骤4，在电压电流双闭环控制中的电压外环控制器处引入灵活虚拟惯性控制方法。
4.1灵活虚拟惯性控制方法的定义
灵活虚拟惯性控制器是通过电压反馈实时监控直流微网系统母线电压，并以电压微分的 数学环节将母线电压波动情况以数值的形式引入控制器中，以实现灵活提高直流微网的惯性。
4.2灵活虚拟惯性控制方法的工作原理
在灵活虚拟惯性控制器设计环节，设定虚拟电容CV这一物理量来衡量直流微电网的惯性 大小。当母线电压保持稳定时，电压微分环节为零，灵活虚拟惯性环节为零，虚拟电容取值 为初始值Cv0；当母线电压受到外界干扰产生波动时，由电压微分环节实时监控得到母线电压 变化率，叠加至虚拟电容Cv并且反馈至储能环节电压电流双闭环控制器中的电压外环控制器 中。虚拟电容值Cv越大，系统惯性越强，系统母线电压就越稳定。
灵活虚拟惯性控制器通过控制系统母线电压参考值，经过一个PI环节为电流内环控制器 提供电流参考值，以此来提高直流微网惯性大小。
步骤5，根据直流微网系统母线电压稳定条件稳压精度不大于1％，修正灵活虚拟惯性大 小，约束灵活虚拟惯性系数k1，k2。
Figure BDA0003545355190000031
Figure BDA0003545355190000032
式中，Cv为虚拟电容值；Cv0为系统在稳态时的虚拟电容值；
Figure BDA0003545355190000033
为直流母线电压的变化 率；M为直流母线电压变化率的设定临界值；k1、k2为调节电压微分环节大小的相关参数；idc为从微源流向直流电网的电流；idc*为idc的参考值；kG为下垂控制曲线的下垂系数；vdc为直 流母线电压；
Figure BDA0003545355190000034
为直流母线电压的参考值。
通过改变参数k1，k2的值，调整Cv大小。由于时间单元设置为0.01s，当指数k2不变时， 系数k1增大，虚拟电容随之增大，表示系统惯性在增强；在系数k1一定时，若取k2＜1，虚拟惯量会显著增加，适用于相对容易遭受较大扰动的系统，若取k2＞1，虚拟惯量也会有所增 加，但增加幅度不大，适用于相对来说较稳定的系统。
步骤6，根据步骤3中所得到的直流微网系统的传递函数设置其开环输入点与开环输出点 可以在Matlab中画出系统伯德图，通过分析伯德图中幅值穿越频率ωc处的系统相角裕量与 相角穿越频率ωg处的系统幅值裕量，判断系统是否开环稳定。一般情况下要求相位裕度大 于45度，增益裕量要求大于10db或小于-10db。幅值裕度和相角裕度越大，系统越稳定。
步骤7，在得到上述步骤验证下的直流微网数学模型系统开环稳定后，分析直流微网系统 物理模型的输出特性曲线。
由于分布式新能源具有波动性与随机性，需要分析各类分布式新能源连接至直流微网系 统对直流母线电压的影响。
在物理模型中代入直流微网系统各项参数，如母线阻抗、母线等效电感、母线等效电容、 母线参考值电压、负荷等效阻抗、负荷等效电容、负荷等效电感等参数，进行仿真分析。通 过观测直流母线电压示波器得到本发明提出的灵活虚拟惯性控制方法的系统输出特性曲线 图。
步骤8，为模拟恒功率负荷的实时工作情况，在等效后的恒功率负荷物理模型处串入噪声 环节，研究随机扰动负荷下的系统输出功率特性。
本发明为了抑制系统的小扰动对母线电压的影响，将灵活虚拟惯性控制方法引入直流微 电网中。通过控制系统中虚拟电容大小来控制系统的惯性大小，实时反馈母线电压波动对系 统的影响。同时约束惯性系数，探究不同扰动下系数对系统恢复稳定的影响，提出系数取值 方法，并比较下垂控制方法与灵活虚拟惯性控制方法在受到小扰动(如负荷增减、微电源波动 等)时，灵活虚拟惯性控制方法能够为恒功率负载下的直流微电网提供更稳定的惯量，提高系 统的稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明针对由新能源及负荷对系统带来的小扰动，提出了一种基于储能变换器的灵 活虚拟惯性控制方法。通过监测系统母线电压的振动情况，在控制器中引入电压微分环节， 实时调整系统惯性大小，既提高了系统的响应速度，也降低了稳定时的超调量。用这种灵活 虚拟惯性控制方法代替传统下垂控制方法，进而提高系统的稳定性。
(2)传统下垂控制方法仅适用于线路阻抗小于负载的情况。当线路阻抗较大时，下垂控 制不能很好地表达电流和电压的关系。对于本发明中的恒功率负载，下垂控制方法不是最佳 选择。灵活虚拟惯性控制方法的应用使得系统电压波动更加缓和。当电压趋于稳定时，灵活 虚拟惯性控制方法的减小了电压纹波，提高了电能质量。
附图说明
图1为含恒功率负荷的直流微网简化拓扑结构图；
图2为含恒功率负载的直流微网小信号模型；
图3为n个恒功率负荷等效模型，其中，Leq、Req、Ceq和Peq均是由多个恒功率负荷等效之 后的线路电感、电阻、电感及负荷总功率值；
图4为传统下垂控制系统框图；
图5为灵活虚拟惯性控制结构框图；
图6为改进下垂控制与传统下垂控制效果伯德图比较分析，图6(a)为幅频特性图，图6(b) 为相频特性图；
图7为含灵活虚拟惯性的直流微网小信号模型伯德图，图7(a)为幅频特性图，图7(b)为相 频特性图；
图8为光伏组件外部特性曲线，图8(a)为不同温度下光伏组件输出电压电流V-I图，图 8(b)为不同温度下光伏组件输出功率电压电流P-V图，图8(c)为不同光照幅度下光伏组件输出 电压电流V-I图，图8(d)为不同光照幅度下光伏组件输出功率电压电流P-V图；
图9为环境变化时的光伏组件输出电压和功率；
图10为含光伏组件的直流微网输出特性曲线；
图11为负荷功率波动图，图11(a)为负荷功率波动图，图11(b)为直流电压动态响应图， 图11(c)为蓄电池输出功率图，图11(d)为光伏输出功率图；
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的具体实施例以及附图，对本 发明的技术方案进行清晰完整的描述。
一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法，包括以下步骤：
步骤1，
建立含多个恒功率负荷的直流微网小信号物理模型，如说明书附图1所示。
直流微网主要由分布式能源、控制器、整流装置、逆变装置、储能单元和交直流负载等 构成。在直流微网系统中，短时振荡期间，分布式能源输出功率不随电压变化且保持恒定， 故可将其视为负的恒功率负荷。因此，直流微网可简化成储能单元、恒功率负荷和阻感性负 荷的等效物理模型，如说明书附图2所示。
步骤2，根据步骤1中搭建的物理模型列写直流微网系统的小信号方程，即搭建直流微网 系统数学模型。
其中针对由电力电子器件连接的恒功率负荷外特性可表示为
Figure BDA0003545355190000051
其中Pcpl＝Pcpl0-Pwf-Pv。其中，icpl为恒功率负荷输出电流，Pcpl为恒功率负荷输出功率,udc为恒功率负荷输出电压。Pcpl是指直流微网系统中等效恒功率负载的输出功率，Pcpl0是指直流 微网系统中负载侧的恒功率负荷的输出功率，Pwf是指直流微网系统中分布式能源1风机的输 出功率，Pv是指直流微网系统中分布式能源2光伏组件的输出功率。
当直流微网系统中存在多个恒功率时，本发明在考虑直流微网系统的线路阻抗以及恒功 率负荷的并联电容及电感情况下将其简化等效为单一恒功率负荷，然后对直流微网系统进行 数学建模分析，如说明书附图3所示。
根据步骤1中搭建的物理模型列写直流微网系统的小信号方程
Figure BDA0003545355190000061
为了分析系统的稳定性，首先要对模型进行静态分析。其中静态分析提供了系统平衡点， 这些平衡点是通过使式2动态量等于零得到的。
静态分析如下所示：经过拉氏变换后进一步得到系统状态空间方程如式3所示
Figure BDA0003545355190000062
其中
Figure BDA0003545355190000063
是系统的特征矩阵。当矩阵A中的所有特征值都位 于s域的左半平面时，说明该直流微电网系统在稳态运行点附近是小扰动稳定的。
步骤3，根据步骤2中所得到的直流微网系统状态空间方程可以推导直流微网系统的母线 电容电压与占空比的传递函数如式4所示
Figure BDA0003545355190000064
其中A＝Cs+Pcpl/Uo 2+1/Ro+1。
以此实现储能变换器的电压电流双闭环控制。
步骤4，在电压电流双闭环控制中的电压外环控制器处引入灵活虚拟惯性控制方法。
4.1灵活虚拟惯性控制方法的定义
灵活虚拟惯性控制器是通过电压反馈实时监控直流微网系统母线电压，并以电压微分的 数学环节将母线电压波动情况以数值的形式引入控制器中，以实现灵活提高直流微网的惯性。
4.2灵活虚拟惯性控制方法的工作原理
在灵活虚拟惯性控制器设计环节，设定虚拟电容CV这一物理量来衡量直流微电网的惯性 大小。虚拟电容CV定义如式5所示
Figure BDA0003545355190000071
式中，Cv为虚拟电容值；Cv0为系统在稳态时的虚拟电容值；
Figure BDA0003545355190000072
为直流母线电压的变化 率；M为直流母线电压变化率的设定临界值；k1、k2为调节电压微分环节大小的相关参数。
当母线电压保持稳定时，电压微分环节为零，灵活虚拟惯性环节为零，虚拟电容取值为 初始值Cv0；当母线电压受到外界干扰产生波动时，由电压微分环节实时监控得到母线电压变 化率，叠加至虚拟电容Cv并且反馈至储能环节电压电流双闭环控制器中的电压外环控制器 中。
灵活虚拟惯性控制器通过控制系统母线电压参考值，经过一个PI环节为电流内环控制器 提供电流参考值，以此来提高直流微网惯性大小。
步骤5，根据直流微网系统母线电压稳定条件稳压精度不大于1％，修正灵活虚拟惯性大 小，约束灵活虚拟惯性系数k1，k2。如式6所示
Figure BDA0003545355190000073
式中，idc为从微源流向直流电网的电流；idc*为idc的参考值；kG为下垂控制曲线的下垂系 数；vdc为直流母线电压；
Figure BDA0003545355190000074
为直流母线电压的参考值。
虚拟电容值Cv越大，系统惯性越强，系统母线电压就越稳定。
通过改变参数k1，k2的值，改变Cv大小。k2不变时，k1增大，虚拟电容随之增大，表示系统惯性在增强；在k1一定时，若取k2＜1，虚拟惯量会显著增加，适用于相对容易遭受较 大扰动的系统，若取k2＞1，虚拟惯量也会有所增加，但增加幅度不大，适用于相对来说较稳定的系统。
步骤6，根据步骤3中所得到的直流微网系统的传递函数设置其开环输入点与开环输出点 可以在Matlab中画出系统伯德图，通过分析伯德图中幅值穿越频率ωc处的系统相角裕量与 相角穿越频率ωg处的系统幅值裕量，判断系统是否稳定。一般情况下要求相位裕度大于45 度，增益裕量要求大于10db或小于-10db。幅值裕度和相角裕度越大，系统越稳定。
对于传统下垂控制方法而言，其控制系统框图如说明书附图4所示。
在储能环节的变换器控制研究中加入灵活虚拟惯性环节的控制结构框图如说明书附图5 所示。
根据类比推理法，将交流微网中的物理量类比推理到直流微网中，得到的直流系统中的 惯性类比物理量如表2所示。并且可以得到适应本系统的直流微网惯性公式。
表2类比推理法
Figure BDA0003545355190000081
分析系统伯德图，并与下垂控制方法比较其幅值穿越频率ωc处，系统的相角裕量；在 相角穿越频率ωg处，系统由于谐振的影响幅值裕量，判断系统稳定。
针对改进下垂控制与传统下垂控制效果进行对比，如说明书附图6所示。其中线1是采 用双闭环控制的系统得到的幅频特性图，线2是采用以电感电流为反馈量改进下垂控制方法 的系统得到的幅频特性图。通过两条线的比较可见，线1在幅值穿越频率ωc处，系统的相 角裕量约为γ＝31°；在相角穿越频率ωg处，系统由于谐振的影响幅值裕量约为gm＝74.8dB， 系统稳定。谐振存在尖峰，所提算法的相角裕量和幅值裕量均有增加；线2在幅值穿越频率ωc处，系统的相角裕量约为γ＝111°；在相角穿越频率ωg处，系统由于谐振的影响幅值裕量约 为gm＝38.8dB，系统稳定。此时没有尖峰存在，说明这种基于电压电流双闭环的下垂控制方 法能够有效的提高系统的稳定性。
对于灵活虚拟惯性控制方法而言，如说明书附图7所示。可以得到采用灵活虚拟惯性的 直流微网在幅值穿越频率ωc处，系统的相角裕量约为γ＝103°；在相角穿越频率ωg处，系 统由于谐振的影响幅值裕量约为gm＝57.5dB，系统稳定。
步骤7，在得到上述步骤验证下的直流微网数学模型系统开环稳定后，分析直流微网系统 物理模型的输出特性曲线。
由于分布式新能源具有波动性与随机性，需要分析各类分布式新能源连接至直流微网系 统对直流母线电压的影响。对于分布式新能源光伏组件而言利用扰动观察法实现系统中光伏 组件的最大功率输出控制。小信号建模部分的光伏组件则需要考虑组件的电气特性。在直流 微网系统中，设置串并联的光伏单元数，使得光伏组件输出电压满足直流母线电压。输出特 性曲线如说明书附图8所示。
扰动电阻R和开关管连在一起，当输出稳定时，通过改变开关管的占空比，可以改变电 路中的电流，形成电流扰动。此时光伏组件的输出电流与电压也将随之变化，通过测量扰动 前后光伏组件输出电压及功率变化，来判断下一步的扰动方向，当扰动方向为正即光伏组件 的输出功率增加，下一步继续保持同一方向扰动，反之，改变扰动方向。反复进行着扰动与 观察来使光伏组件最终输出达最大功率点。环境变化时的光伏输出电压和功率如说明书附图 9所示。
在物理模型中代入直流微网系统各项参数，如母线阻抗、母线等效电感、母线等效电容、 母线参考值电压、负荷等效阻抗、负荷等效电容、负荷等效电感等参数，直流微网系统参数 如表1所示。
表1直流微网系统参数
Figure BDA0003545355190000091
通过观测直流母线电压示波器得到本发明提出的灵活虚拟惯性控制方法的系统输出特性 曲线图。灵活虚拟惯性控制方法输出特性曲线，与下垂特性曲线进行对比得到如说明书附图 10所示。由图可得，引入虚拟灵活惯性的直流微网系统具有较快的响应速度，在系统8s受 到电压扰动时，能够较快的恢复至稳定电压状态。相对于传统的下垂控制方法，变惯性方法 也会使系统母线电压发生跌落，但是能够更快的使系统工作到稳定状态。
步骤8，为模拟恒功率负荷的实时工作情况，在等效后的恒功率负荷物理模型处串入噪声 环节，研究随机扰动负荷下的系统输出功率特性。如说明书附图11所示，其中(a)为2s内 负荷随机波动功率图，(b)为母线电压的动态响应情况，(c)为2s内蓄电池输出功率变化图， (d)为2s内光伏组件输出功率变化图。
综合上述仿真分析，两种方法均可以在负荷随机波动的条件下保持系统的稳定。如图(b) 所示，引入灵活虚拟惯性控制方法可以有效抑制电压的波动，提高了直流母线电压的质量。 从图(c)和图(d)可以看出在1s之前光伏组件产生的功率大于负荷需求，所以蓄电池处于 充电状态，输出功率为负值。且由于光伏组件工作在MPPT控制下，可以很好的弥补母线电 压的波动，从而蓄电池的波动较小。但是在1s之后光辐照度大幅度降低，输出功率无法满足 负荷时，蓄电池处于发电状态。此时蓄电池需要吸收母线电压抑制的功率波动，由于灵活虚 拟惯性控制方法母线电压波动小，所以导致蓄电池输出功率吸收的功率多，导致波动较大。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围 的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做 出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：
步骤1，建立含多个恒功率负荷的直流微网小信号物理模型；
在直流微网系统中，短时振荡期间，分布式能源输出功率不随电压变化且保持恒定，可将其视为负的恒功率负荷，基于此将直流微网简化成含有储能单元、恒功率负荷和阻感性负荷的等效物理模型；
步骤2，根据步骤1中搭建的物理模型列写直流微网系统的小信号方程，即搭建直流微网系统数学模型；
其中针对由电力电子器件连接的恒功率负荷外特性可表示为：
Figure FDA0003545355180000011
式中，icpl为恒功率负荷输出电流，Pcpl为恒功率负荷输出功率,udc为恒功率负荷输出电压；
当直流微网系统中存在多种类恒功率时，在考虑直流微网系统的线路阻抗以及恒功率负荷的并联电容及电感情况下将其简化等效为单一恒功率负荷，然后对直流微网系统进行数学建模分析；数学建模得到小信号方程后，对其进行静态分析，当动态量为零时计算得到系统静态平衡点，经过拉氏变换后得到系统状态空间方程；
步骤3，根据步骤2中所得到的直流微网系统状态空间方程推导直流微网系统的母线电容电压与占空比的传递函数，根据母线电压设定值计算PID参数以此实现储能变换器的电压电流双闭环控制；
步骤4，在电压电流双闭环控制中的电压外环控制器处引入灵活虚拟惯性控制方法；
4.1灵活虚拟惯性控制器是通过电压反馈实时监控直流微网系统母线电压，并以电压微分的数学环节将母线电压波动情况以数值的形式引入控制器中，实现灵活提高直流微网的惯性；
4.2在灵活虚拟惯性控制器设计环节，设定虚拟电容CV这一物理量来衡量直流微电网的惯性大小；当母线电压保持稳定时，电压微分环节为零，灵活虚拟惯性环节为零，虚拟电容取值为初始值Cv0；当母线电压受到外界干扰产生波动时，由电压微分环节实时监控得到母线电压变化率，叠加至虚拟电容Cv并且反馈至储能环节电压电流双闭环控制器中的电压外环控制器中；虚拟电容值Cv越大，系统惯性越强，系统母线电压就越稳定；
灵活虚拟惯性控制器通过控制系统母线电压参考值，经过一个PI环节为电流内环控制器提供电流参考值，以此来提高直流微网惯性大小；
步骤5，根据直流微网系统母线电压稳定条件稳压精度不大于1％，修正灵活虚拟惯性大小，约束灵活虚拟惯性系数k1，k2；
Figure FDA0003545355180000021
Figure FDA0003545355180000022
式中，Cv为虚拟电容值；Cv0为系统在稳态时的虚拟电容值；
Figure FDA0003545355180000023
为直流母线电压的变化率；M为直流母线电压变化率的设定临界值；k1、k2为调节电压微分环节大小的相关参数；idc为从微源流向直流电网的电流；idc*为idc的参考值；kG为下垂控制曲线的下垂系数；vdc为直流母线电压；
Figure FDA0003545355180000024
为直流母线电压的参考值；
通过改变参数k1，k2的值，调整Cv大小；由于时间单元设置为0.01s，当指数k2不变时，系数k1增大，虚拟电容随之增大，表示系统惯性在增强；在系数k1一定时，若取k2＜1，虚拟惯量会显著增加，适用于相对容易遭受较大扰动的系统，若取k2＞1，虚拟惯量也会有所增加，但增加幅度不大，适用于相对来说较稳定的系统；
步骤6，根据步骤3中所得到的直流微网系统的传递函数，画出系统伯德图，通过分析伯德图中幅值穿越频率ωc处的系统相角裕量与相角穿越频率ωg处的系统幅值裕量，判断系统是否开环稳定；
步骤7，在得到上述步骤验证下的直流微网数学模型系统开环稳定后，分析直流微网系统物理模型的输出特性曲线；
由于分布式新能源具有波动性与随机性，需要分析各类分布式新能源连接至直流微网系统对直流母线电压的影响；在物理模型中代入直流微网系统各项参数，包括母线阻抗、母线等效电感、母线等效电容、母线参考值电压、负荷等效阻抗、负荷等效电容、负荷等效电感或其他参数，进行仿真分析；通过观测直流母线电压示波器得到本发明提出的灵活虚拟惯性控制方法的系统输出特性曲线图；
步骤8，为模拟恒功率负荷的实时工作情况，在等效后的恒功率负荷物理模型处串入噪声环节，研究随机扰动负荷下的系统输出功率特性。
2.根据权利要求1所述的一种基于储能变换器的直流微网灵活虚拟惯性控制方法，其特征在于，所述的步骤2中，当直流微网系统含有多种类恒功率负荷时，考虑直流微网系统的线路阻抗以及恒功率负荷的并联电容及电感情况下将其简化等效为统一恒功率负荷，便于建模研究；所述步骤5中，根据直流微网系统受扰动情况，调整灵活虚拟惯性控制参数，适应不同扰动状态。
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CN116860066A (zh) * 2023-09-04 2023-10-10 江苏阿诗特能源科技股份有限公司 一种最大功率点电压的判断方法、电子设备、存储介质

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