一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法

本发明涉及直流微电网控制技术，特别公开一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，属于发电、变电或配电的。

背景技术：

1、光伏、储能、风电等分布式发电技术的发展以及直流负荷所占终端用电比例的与日俱增，促进了直流微电网的发展。然而电力电子装置不具备传统电机的转动惯性，使得直流微电网惯性较低，容易受到间歇性可再生能源和局部负载变化引起的功率波动的影响，造成电压波动。

2、虚拟电容控制可以通过改进控制策略调整电压与电流的关系使电力电子装置对外呈容性，以增强系统惯性。然而现有虚拟电容控制方法的虚拟容值均与电流反馈增益成反比或与电压前馈增益正比。调节虚拟电容值是增大直流微电网惯性的有效手段，若需在较大频段范围内调节虚拟电容值，则必须大范围调节电流反馈增益或者调节电压前馈增益。大范围调节电流反馈增益能够改变系统闭环极点分布，但影响系统稳定性；大范围调节电压前馈增益会放大外界的暂态扰动，进而引发调制饱和问题，严重时导致系统失稳。文献《柔性pcc电压不平衡补偿策略在并联dfigs自主运行中的应用》(ieee工业应用会刊,2017,53(5):4807-20.)提出了一种结合前馈与反馈的混合虚拟阻抗技术，可以小幅度调节电压前馈增益与电流反馈增益，从而实现理论上虚拟阻抗从零到无穷的调节，但这种方法只应用于交流微电网的变流器中，且只针对特定频率纹波作用。

3、综上所述，现有技术虽然能够增大直流微电网惯性，但难以在宽频段内大范围调节虚拟电容值。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，解决现有虚拟电容控制无法大范围调节虚拟电容值和混合虚拟电容控制只能抑制特定频率点电压纹波的技术问题，实现具有电压纹波抑制能力的宽频段混合虚拟电容控制的发明目的。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，包括虚拟电容控制策略、电压电流双闭环控制策略以及驱动信号更新策略；

4、虚拟电容控制策略，根据虚拟电容参考值对直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电压和输入电流分别进行电压前馈控制和电流反馈控制，根据电压前馈控制计算值和电流反馈控制计算值计算虚拟电容控制策略调制的占空比；

5、电压电流双闭环控制策略，首先通过电压环pi调节获取电流给定值，然后通过电流pi调节计算电压电流双闭环控制策略调制的占空比；

6、驱动信号更新策略，累加虚拟电容控制策略调制的占空比和电流双闭环控制策略调制的占空比，获取占空比更新值，根据占空比更新值触发控制直流微电网系统中双向dc-dc变换器主开关管的脉冲信号。

7、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的进一步优化方案，虚拟电容控制策略根据虚拟电容参考值对直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电压进行电压前馈控制的表达式为：(1-k)scug，其中，k为虚拟电容调节系数，k的取值为0-1，s为拉普拉斯算子，c为虚拟电容参考值，ug为直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电压采样信号的滤波值。

8、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的再进一步优化方案，虚拟电容控制策略根据虚拟电容参考值对直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电流进行电流反馈控制的表达是为：kig，其中，ig为直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电流采样信号的滤波值，ig＝dil，d为直流微电网中双向dc-dc变换器主开关管稳态占空比，il为直流微电网中双向dc-dc变换器的电感电流。

9、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的再进一步优化方案，虚拟电容控制策略根据电压前馈控制计算值和电流反馈控制计算值计算虚拟电容控制策略调制的占空比的表达式为：d2＝scug-k(scug+ig)，，其中，d2为虚拟电容控制策略调制的占空比。

10、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的再进一步优化方案，电压电流双闭环控制策略通过电压环pi调节获取电流给定值的表达式为：其中，iref是电流给定值，uref是电压给定值，uo为直流微电网中系统双向dc-dc变换器输出电压参考值，kvp为电压环pi控制器比例系数，kvi为电压环pi控制器积分系数，s为拉普拉斯算子。

11、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的再进一步优化方案，所述电压电流双闭环控制策略通过电流pi调节计算电压电流双闭环控制策略调制的占空比的表达式为：其中，d1为电压电流双闭环控制策略调制的占空比，kip为电流环pi控制器比例系数，kii为电流环pi控制器积分系数。

12、作为一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法的更进一步优化方案，直流微电网系统包括直流微电网以及与其并联的双向dc-dc变换器，双向dc-dc变换器包括但不限于：buck电路、boost电路。

13、本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

14、(1)本发明同时利用输入电压前馈通道和输入电流反馈通道完成虚拟电容控制策略使得dc-dc变换器的纹波输入阻抗呈容性，电压电流双闭环控制策略通过比例-积分控制使得电压电流直流成分跟从电压电流指令值，在直流微电网中实现大范围调节虚拟电容值而不影响系统的稳定性或抗噪声性能。

15、(2)本发明所提宽频段混合虚拟电容控制方法，通过虚拟电容控制策略将混合虚拟电容作用范围从特定频率点扩展到宽频段，能够抑制更加复杂的电压波动。

技术特征：

1.一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，包括虚拟电容控制策略、电压电流双闭环控制策略以及驱动信号更新策略；

2.根据权利要求1所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述虚拟电容控制策略根据虚拟电容参考值对直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电压进行电压前馈控制的表达式为：(1-k)scug，其中，k为虚拟电容调节系数，k的取值为0-1，s为拉普拉斯算子，c为虚拟电容参考值，ug为直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电压采样信号的滤波值。

3.根据权利要求2所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述虚拟电容控制策略根据虚拟电容参考值对直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电流进行电流反馈控制的表达是为：kig，其中，ig为直流微电网系统中双向dc-dc变换器输入电流采样信号的滤波值，ig＝dil，d为直流微电网中双向dc-dc变换器主开关管稳态占空比，il为直流微电网中双向dc-dc变换器的电感电流。

4.根据权利要求3所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述虚拟电容控制策略根据电压前馈控制计算值和电流反馈控制计算值计算虚拟电容控制策略调制的占空比的表达式为：d2＝scug-k(scug+ig)，其中，d2为虚拟电容控制策略调制的占空比。

5.根据权利要求1所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述电压电流双闭环控制策略通过电压环pi调节获取电流给定值的表达式为：其中，iref是电流给定值，uref是电压给定值，uo为直流微电网中系统双向dc-dc变换器输出电压参考值，kvp为电压环pi控制器比例系数，kvi为电压环pi控制器积分系数，s为拉普拉斯算子。

6.根据权利要求5所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述电压电流双闭环控制策略通过电流pi调节计算电压电流双闭环控制策略调制的占空比的表达式为：其中，d1为电压电流双闭环控制策略调制的占空比，kip为电流环pi控制器比例系数，kii为电流环pi控制器积分系数。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，其特征在于，所述直流微电网系统包括直流微电网以及与其并联的双向dc-dc变换器，所述双向dc-dc变换器包括但不限于：buck电路、boost电路。

技术总结
本发明公开一种用于直流微电网系统的宽频段混合虚拟电容控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。该方法主要包括虚拟电容控制策略、电压电流双闭环控制策略两个部分；虚拟电容控制策略根据输入电压微分作为输入电流参考值，同时利用输入电压前馈和输入电流反馈使得BUCK纹波输入阻抗呈容性；电压电流双闭环控制策略通过比例‑积分控制使得电压电流直流成分跟从电压电流指令值。电压电流控制计算值和虚拟电容控制计算值相加得到的占空比传输至PWM脉冲信号发生器，所产生的脉冲信号控制双向DC‑DC变换器中开关管的通断。本发明中宽频段混合虚拟电容控制能在宽频段内大范围调节纹波输入阻抗，并几乎不影响系统的稳定性或抗噪声性能。

技术研发人员：王涛,段博文,姚楠,张曦
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16