[发明专利]用于直流光储变换器的虚拟直流电机自适应控制方法

权利要求书

1.用于直流光储变换器的虚拟直流电机自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在储能装置变换器的传统双闭环PI控制中引入虚拟直流电机控制；

步骤2，分析负载波动时虚拟转动惯量的响应情况，找出不同电压波动下最佳的转动惯量J；

步骤3，将模糊逻辑控制引入到虚拟直流电机控制中，得到转动惯量自适应调节的虚拟直流电机控制。

2.根据权利要求1所述的用于直流光储变换器的虚拟直流电机自适应控制方法，其特征在于，所述的步骤1，具体做法是：

步骤1.1，建立储能接口变换器的模型，并与直流电机的模型进行对比，建立虚拟直流电机模型；

储能接口的双向Buck-Boost变换器等效为一个二端口网络，前端接蓄电池储能装置，后端接直流母线；其等效的二端口网络与直流电机的等效模型相似，可模拟直流电机所具有的特性；

步骤1.2，针对直流微电网母线电压的稳定控制，以储能接口变换器为控制对象，在双闭环恒压控制中加入虚拟直流电机控制环节，以提升直流母线电压的动态稳定性；

其中直流电动机的机械转动方程如式(1)所示：

式中，T_e＝P_e/ω，J为转动惯量，D为阻尼系数，T_m和T_e分别为直流电机的机械转矩和电磁转矩；ω为直流电机的实际旋转角速度；ω₀为额定角速度；P_e为电磁功率；

电动势平衡方程为：

U_o＝E-R_aI_a (2)

E＝C_Tφω (3)

式中，U_o为机端电压，R_a为电枢回路等效电阻，I_a为电枢电流，E为直流电机的电枢感应电动势，C_T为转矩系数，φ为每极磁通；

直流电压U_bus在DC-DC变换器中的作用可以与直流电机的机械角速度ω在直流电机中的作用相类比，将ω与直流母线电压U_bus等效，将ω₀与直流母线电压额定值U_{bus_ref}等效，将虚拟直流电机控制应用于DC-DC变换器的控制中，使其具备直流电机的惯性与阻尼特性。

3.根据权利要求1所述的用于直流光储变换器的虚拟直流电机自适应控制方法，其特征在于，所述的步骤2，具体做法为：

建立储能双向Buck-Boost变换器小信号等效电路以及加入VDCM后的控制框图，得到加入虚拟直流电机控制后的小信号模型，推导出其开环传递函数为：

式中，G₁(s)为直流母线电压偏差dU_bus/dt对于电枢电动势偏差ΔE的传递函数；G₂(s)为电枢电动势偏差ΔE对于储能变换器输入电流I_bat的传递函数；G_PLi(s)为电压PI控制器的传递函数；G_ud(s)为占空比小扰动对母线电压的传递函数，G_id(s)为占空比小扰动对电感电流的传递函数；V_m为载波峰值；由G_uo(s)绘制加入虚拟直流电机控制后的开环Bode图，为探讨加入虚拟直流电机控制后的控制策略中转动惯量J对稳定性的影响，绘制不同的J时的双向变换器开环Bode图；发现转动惯量J主要影响高频段，在内，增大J可以增加系统的稳定性和幅角裕度，但是J超过15后，母线电压波动时恢复时间较长，因此J的大小应该根据控制对象合理选择。

4.根据权利要求1所述的用于直流光储变换器的虚拟惯性自适应控制方法，其特征在于，所述的步骤3，具体做法为：

对母线电压变化率dU_bus/dt和转动惯量J建立相应的模糊子集，构建合适的模糊规则，并将模糊规则加入到虚拟直流电机控制中，使得J随母线电压变化自适应改变，结合直流微电网的额定电压为400V的仿真实验，控制母线电压变化率的论域为dU_bus/dt∈(-15V/s,15V/s)，在仿真中取dU_bus/dt的绝对值，即|dU_bus/dt|∈(0V/s-15V/s),相应的模糊子集为：{a,b,c,d,e,f}，分别表示接近0、小、略小、中、略大、大；模糊控制器输出的转动惯量J的论域为相应的模糊子集为：{F,E,D,C,B,A}，分别表示最小、小、略小、中、略大、最大。