虚拟直流电机控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及直流变换器的控制方法，特别是涉及虚拟直流电机控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

直流微电网通常包括直流母线及与直流母线连接的分布式电源或/和储能装置，从而通过直流母线向直流电器供电。

传统技术中，分布式电源或/和储能装置通常通过直流变换器与直流母线电性相连。

发明人在实现传统技术的过程中发现：使用直流变换器连接于分布式电源或储能装置与直流母线之间，不利于直流微电网的电压稳定性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统技术中存在的直流变换器不利于直流微电网的电压稳定性的问题，提供一种虚拟直流电机控制方法、装置、设备及介质。

一种虚拟直流电机控制方法，应用于直流变换器，包括：

建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型；

设定所述直流变换器的输入功率pm，并计算得到所述直流变换器的额定机械角速度ωref；

设定所述虚拟直流电机的控制环节；

根据所述直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将所述输入功率pm和所述额定机械角速度ωref代入所述虚拟直流电机的控制环节，得到所述直流变换器的电流控制指令iref；

对所述直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到控制信号，并使用所述控制信号控制所述直流变换器。

上述应用于直流变换器的虚拟直流电机控制方法，将直流变换器等效为虚拟直流电机，并设定虚拟直流电机的控制环节，根据虚拟直流电机的控制环节得到控制直流变换器的控制信号。该虚拟直流电机控制方法，可以使直流变换器的输出特性具备与直流电机相一致的下垂特性和动态特性，增强直流微电网的惯性和阻尼，提高直流微电网的直流母线电压的稳定性。

附图说明

图1为直流微电网的结构示意图。

图2为本申请一个实施例中虚拟直流电机控制方法的流程示意图。

图3为本申请一个实施例中步骤s100的等效过程示意图。

图4为本申请一个实施例中控制环节的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，直流微电网10通常连接有光伏发电、风力发电、其它直流电网或储能系统等分布式电源22或储能装置24。用于向直流母线12提供直流电的分布式电源22和储能装置24通常通过直流变换14器与直流母线12连接。发明人在实现传统技术的过程中发现：使用直流变换器14连接于分布式电源22或储能装置24与直流母线12之间，当分布式电源22或储能装置24的功率发生波动时，瞬间电压冲击和波动会对直流母线12电压造成严重影响，从而危害直流微电网10的稳定运行。

基于此，本申请提供一种应用于直流变换器14的虚拟直流电机控制方法。该虚拟直流电机控制方法可以根据虚拟直流电机的控制环节得到控制直流变换器14的控制信号，从而使直流变换器14的输出特性具备与直流电机相一致的下垂特性和动态特性，增强直流微电网10的惯性和阻尼，提高直流微电网10的直流母线电压的稳定性。

一种虚拟直流电机控制方法，应用于直流变换器，如图2所示，包括如下步骤：

s100，建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型。

本申请的虚拟直流电机控制方法，其目的是利用直流电机输出稳定的特性，将直流电机的控制方法应用于直流变换器。因此，该虚拟直流电机控制方法首先应建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，以将直流变换器等效为虚拟直流电机。

建立等效模型的过程中，应将直流变换器的电阻、电感和电动势等参数等效为虚拟直流电机的电阻、电感和电动势等参数。

s200，设定直流变换器的输入功率pm，并计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref。

建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型后，首先设定直流变换器的输入功率pm，并根据直流变换器的输入功率pm计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref。一般来说，直流变换器的输入功率pm可以是手动输入的功率数值，也可以是根据直流变换器的各项特性自动获取的功率数值。

设定直流变换器的输入功率pm后，即可根据输入功率pm和额定机械角速度ωref的关系式，计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref。

s300，设定虚拟直流电机的控制环节。

如上所述，本申请的虚拟直流电机控制方法，其目的是利用直流电机输出稳定的特性，将直流电机的控制方法应用于直流变换器。因此，建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型后，还应设定虚拟直流电机的控制环节，以根据该虚拟直流电机的控制环节得到用于控制直流变换器的控制信号。

在本实施例中，该虚拟直流电机的控制环节可以根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，计算得到虚拟直流电机的电枢电流ia。

s400，根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref。

设定虚拟直流电机的控制环节后，即可向该虚拟直流电机的控制环节输入输入功率pm和额定机械角速度ωref，从而得到虚拟直流电机的电枢电动势ea。再根据电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra之间的关系即可得到所述直流变换器的电流控制指令iref。其中，直流变换器的实际输出电压udc一般与直流母线电压相同。

s500，对直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到控制信号，并使用该控制信号控制直流变换器。

得到直流变换器的电流控制指令iref后，可以对该电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，从而得到控制信号。对电流控制指令iref进行线性调制可以是通过线性控制器(proportionalintegralcontrolle，pi控制器)对电流控制指令iref进行调节，从而减少控制信号的偏差并消除静差。线性调制后，再对进行脉冲宽度(pulsewidthmodulation,pwm)调制，脉冲宽度调制可以利用微处理器的数字输出来模拟电路进行控制，从而得到控制信号。

使用该控制信号控制直流变换器，即可根据虚拟直流电机的控制环节得到控制直流变换器的控制信号，进而使直流变换器的输出特性具备与直流电机相一致的下垂特性和动态特性。

更具体的，一种直流变换器的虚拟直流电机控制方法，包括如下步骤：首先建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，以将直流变换器的电阻、电感和电动势等参数等效为虚拟直流电机的电阻、电感和电动势等参数。其次，应设定直流变换器的输入功率pm，并计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref；同时，还可以设定虚拟直流电机的控制环节，以根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，计算得到虚拟直流电机的电枢电流ia。再次，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令。最后，对直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到控制信号，并使用该控制信号控制直流变换器。该虚拟直流电机控制方法，可以使直流变换器的输出特性具备与直流电机相一致的下垂特性和动态特性，增强直流微电网的惯性和阻尼，提高直流微电网的直流母线电压的稳定性。

需要注意的是，在上述虚拟直流电机的控制方法中，步骤s200和步骤s300均为步骤s100之后、步骤s400之前所执行的步骤，且步骤s200和步骤s300间无先后关系。因此，步骤s200和步骤s300的顺序可以是先后执行，也可以是同时执行。

在一个实施例中，如图3所示，本申请的虚拟直流电机的控制方法，其步骤s100包括：

将直流变换器的内部电路等效为虚拟直流电机电路，以得到虚拟直流电机的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。

具体的，如图3所示，直流变换器的内部电路包括晶体管、电感、电阻和电容等电子器件。在建立等效模型的过程中，可以将需直流变换器电性连接的分布式电源或储能装置等效为虚拟直流电机的原动机；将直流变换器的内部电路等效为虚拟直流电机的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。以此，即可得到在设定虚拟直流电机的控制环节中所需的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。

在一个实施例中，本申请的虚拟直流电机的控制方法，其步骤s200包括：

s210，设定直流变换器的输入功率pm。

步骤s200中的计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref包括：

s220，通过公式ωref＝(rairef+uref)/ctφ计算直流变换器的额定机械角速度ωref。

具体的，i为直流变换器的额定输出电流；ra为虚拟直流电机的电枢回路等效电阻，在步骤s100建立等效模型的过程中已知。uref为直流变换器的额定输出电压。ct为直流变换器的转矩系数；φ为直流变换器的磁通量，为对应直流变换器的固定参数。

以此，即可求得直流变换器的额定机械角速度ωref。

在一个实施例中，如图4所示，本申请的虚拟直流电机控制方法，其步骤s300包括：

根据机械方程和电枢回路方程，设定虚拟直流电机的控制环节。

具体的，虚拟直流电机的控制环节可以根据直流电机的机械方程和电枢回路方程进行建立。

机械方程为：

其中，tm为虚拟直流电机的虚拟机械转矩；te为虚拟直流电机的虚拟电磁转矩；j为虚拟直流电机的转动惯量；ω为虚拟直流电机的实际机械角速度。pe为虚拟直流电机的电磁功率；ea为虚拟直流电机的电枢电动势；ia为虚拟直流电机的电枢电流。pm为虚拟直流电机的机械功率。

电枢回路方程为：

其中，u为虚拟直流电机的机端电压。

进一步的，步骤s400包括：

s410，根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm。

具体的，设定输入功率pm，并计算得到额定机械角速度ωref后，即可根据公式计算得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm。

s420，将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω。

将虚拟机械转矩tm代入上述机械方程，过程如下：

根据公式可以得到公式以此，即可求得实际机械角速度ω对时间t的变化量。

再对实际机械角速度ω的变化量进行积分，即可得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω。

s430，将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电动势ea。

将实际机械角速度ω代入上述电枢回路方程，过程如下：

根据公式以此，即可得到虚拟直流电机的电枢电动势ea。

s440，根据电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra得到直流变换器的电流控制指令iref。

将电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra代入公式iref＝(ea-udc)/ra，即可求得直流变换器的电流控制指令iref。

在一个实施例中，本申请还提供一种虚拟直流电机控制装置。该虚拟直流电机控制装置应用于直流变换器，包括等效模型建立模块、数据设定模块、控制环节设定模块、电流控制指令计算模块和调制控制模块。

具体的，等效模型建立模块，用于建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型；

数据设定模块用于设定直流变换器的输入功率pm，并计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref。

控制环节设定模块用于设定虚拟直流电机的控制环节。

电流控制指令计算模块用于根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref。

调制控制模块用于对直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到虚拟控制信号，并使用虚拟控制信号控制直流变换器。

在一个实施例中，等效模型建立模块在建立等效模型时，可以将直流变换器的内部电路等效为虚拟直流电机电路，以得到虚拟直流电机的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。

进一步的，数据设定模块算得到直流变换器的额定机械角速度ωref时，可以通过公式ωref＝(rai+uref)/ctφ计算直流变换器的额定机械角速度ωref。其中，i为直流变换器的额定输出电流；uref为直流变换器的额定输出电压；ct为直流变换器的转矩系数；φ为直流变换器的磁通量。

在一个实施例中，控制环节设定模块用于设定虚拟直流电机的控制环节时，可以根据根据机械方程和电枢回路方程，设定虚拟直流电机的控制环节。此时，电流控制指令计算模块的工作过程为：

根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm；将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω；将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电动势ea；根据电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra得到直流变换器的电流控制指令iref。

进一步的，电流控制指令计算模块可以将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入公式得到虚拟机械转矩tm。

进一步的，电流控制指令计算模块可以将虚拟机械转矩tm代入公式得到实际机械角速度的变化量再对实际机械角速度ω的变化量进行积分，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω。其中，te为虚拟直流电机的虚拟电磁转矩，j为虚拟直流电机的转动惯量，d为虚拟直流电机的阻尼系数。

进一步的，电流控制指令计算模块可以将实际机械角速度ω代入

得到电枢电动势ea；其中，u为虚拟直流电机的机端电压。

在一个实施例中，本申请还提供一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序。处理器执行计算机程序时，可以实现如下步骤：

建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型；

设定直流变换器的输入功率pm，并计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref；

设定虚拟直流电机的控制环节；

根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref；

对直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到控制信号，并使用控制信号控制直流变换器。

进一步的，建立直流变换器与直流电机的等效模型，包括：

将直流变换器的内部电路等效为虚拟直流电机电路，以得到虚拟直流电机的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。

进一步的，计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref，包括：

通过公式ωref＝(rai+uref)/ctφ计算直流变换器的额定机械角速度ωref；

其中，i为直流变换器的额定输出电流；uref为直流变换器的额定输出电压；ct为直流变换器的转矩系数；φ为直流变换器的磁通量。

进一步的，设定虚拟直流电机的控制环节，包括：

根据机械方程和电枢回路方程，设定虚拟直流电机的控制环节。

进一步的，根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref，包括：

根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm；

将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω；

将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电动势ea；

根据电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra得到直流变换器的电流控制指令iref。

进一步的，根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm，包括：

将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入公式得到虚拟机械转矩tm。

进一步的，将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω，包括：

将虚拟机械转矩tm代入公式得到实际机械角速度的变化量其中，te为虚拟直流电机的虚拟电磁转矩，j为虚拟直流电机的转动惯量，d为虚拟直流电机的阻尼系数；

对实际机械角速度ω的变化量进行积分，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω。

进一步的，将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电流ia，包括：

将实际机械角速度ω代入得到电枢电动势ea；其中，u为虚拟直流电机的机端电压。

一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现如下步骤：

建立直流变换器与虚拟直流电机的等效模型；

设定直流变换器的输入功率pm，并计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref；

设定虚拟直流电机的控制环节；

根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref；

对直流变换器的电流控制指令iref进行线性调制和脉冲宽度调制，得到控制信号，并使用控制信号控制直流变换器。

进一步的，建立直流变换器与直流电机的等效模型，包括：

将直流变换器的内部电路等效为虚拟直流电机电路，以得到虚拟直流电机的电枢回路等效电阻ra、电枢电感la和电枢电动势ea。

进一步的，计算得到直流变换器的额定机械角速度ωref，包括：

通过公式ωref＝(rai+uref)/ctφ计算直流变换器的额定机械角速度ωref；

其中，i为直流变换器的额定输出电流；uref为直流变换器的额定输出电压；ct为直流变换器的转矩系数；φ为直流变换器的磁通量。

进一步的，设定虚拟直流电机的控制环节，包括：

根据机械方程和电枢回路方程，设定虚拟直流电机的控制环节。

进一步的，根据直流变换器与虚拟直流电机的等效模型，将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入虚拟直流电机的控制环节，得到直流变换器的电流控制指令iref，包括：

根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm；

将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω；

将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电动势ea；

根据电枢电动势ea和直流变换器的实际输出电压udc、电枢回路等效电阻ra得到直流变换器的电流控制指令iref。

进一步的，根据输入功率pm和额定机械角速度ωref，得到虚拟直流电机的虚拟机械转矩tm，包括：

将输入功率pm和额定机械角速度ωref代入公式得到虚拟机械转矩tm。

进一步的，将虚拟机械转矩tm代入机械方程，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω，包括：

将虚拟机械转矩tm代入公式得到实际机械角速度的变化量其中，te为虚拟直流电机的虚拟电磁转矩，j为虚拟直流电机的转动惯量，d为虚拟直流电机的阻尼系数；

对实际机械角速度ω的变化量进行积分，得到虚拟直流电机的实际机械角速度ω。

进一步的，将实际机械角速度ω代入电枢回路方程，得到虚拟直流电机的电枢电流ia，包括：

将实际机械角速度ω代入得到电枢电动势ea；其中，u为虚拟直流电机的机端电压。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。