摘要：虚拟直流电机(VDCM)控制被广泛应用于直流变换器中以增强直流系统惯性、抑制直流母线电压突变,但其也存在着模型复杂、参数整定困难等问题。针对这些问题,以直流配电系统中连接储能装置的双向直流变换器为研究对象,提出一种基于等效降阶模型的VDCM控制参数系统性设计方法。首先,依据直流电机的机械与电磁方程,建立VDCM控制的全阶小信号模型,定性分析了惯性系数、阻尼系数等控制参数变化对VDCM动态特性的影响。然后,通过对VDCM控制流程的合理简化,得到等效降阶的小信号模型,在此基础上推导VDCM控制参数对直流电压动态性能指标的解析表达式,构建控制参数的可行域,指导参数设计。最后,通过RT-LAB硬件在环实验平台验证了所提出的参数可行域构建及参数设计方法的可行性。

摘要：为提升虚拟直流电机(VDCM)控制对直流微电网的电压惯性与阻尼支持能力,并改善负荷侧的电压响应,提出了储-荷VDCM优化控制技术。通过类比直流电机的外特性建立储能侧和负荷侧VDCM动态模型。对VDCM控制进行改进,在储能侧对系统提供惯性支持,在负荷侧对系统施加阻尼控制,从而消除储能侧VDCM中电压惯性和阻尼的冲突,为系统母线提供足够的动态支撑。在此基础上,设计负荷侧惯性灵敏度控制环节,使储-荷VDCM能够为负荷提供灵活可控的电压惯性。根据李雅普诺夫稳定理论,分析所提VDCM优化控制对系统的稳定支持作用,根据分析提出参数优化方案,并利用时域仿真分析,验证所提控制策略的有效性。

摘要：在直流微电网功率变换系统(PCS)的控制方法中,虚拟直流电机(VDCM)控制具有为系统提供额外惯性和阻尼支撑的优势,但多机并联系统的功率协调分配控制问题尚待深入研究。文中提出一种基于VDCM的多层协同控制策略,能够实现多VDCM总输出功率的高、低频分量解耦和按需分配。首先,详细分析了VDCM控制策略下单机系统的运行特性,将其等效为一个含延迟环节的可控电压源,同时引入电压电流双环控制器改善了传统单电流环VDCM控制性能受制于电枢电阻参数的问题。其次,给出了一种三层级VDCM功率协调分配控制策略,实现了多VDCM总输出功率的高、低频分量解耦和按需分配。最后,给出了多层协同控制框架下各控制层参数的优化设计方法和步骤。基于MATLAB/Simulink仿真平台和dSPACE实验平台的双机并联系统的测试结果表明,所提方法具有较好的功率协调分配性能。

摘要：建立了虚拟直流电机控制系统的闭环传递函数,分析了虚拟直流电机惯量系数和阻尼系数对性能的影响,并建立了基于模糊神经网络的虚拟惯量自适应控制器,解决了虚拟惯量导致的电压恢复缓慢问题。基于虚拟直流电机控制系统的闭环传递函数,根据伯德图、极点分布图以及阶跃响应曲线分析了惯量系数和阻尼系数变化对虚拟直流电机控制系统性能的影响。根据惯量系数和阻尼系数变化对控制系统性能的影响,以及虚拟直流电机控制算法,设计了基于模糊神经网络的虚拟惯量自适应控制器,并通过对系统超调量的限定,设计了阻尼系数的整定方法。通过计算机仿真分析,验证了基于模糊神经网络的虚拟惯量自适应算法的正确性,证明了该自适应控制器的有效性。

摘要：为提高独立运行风光储直流微电网系统惯性与阻尼,针对负载、风/光功率波动引起的母线电压波动问题研究基于虚拟直流电机(VDCM)的改进混合储能控制策略。推导混合储能系统的小信号模型,分析VDCM参数对系统的动态性能影响,并给出VDCM参数的合理取值范围。针对传统VDCM控制下参数选取模糊的问题,设计VDCM参数优化控制,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对VDCM参数进行优化,在简化混合储能系统控制的同时解决传统VDCM控制参数选择模糊的问题。研究超级电容端电压自恢复控制策略,使超级电容端电压在系统发生功率波动后能够及时恢复至初始给定值,在保证混合储能合理功率分配的基础上,增强系统惯性,同时防止超级电容的过充和过放。对上述控制策略进行仿真研究,并且搭建基于实时数字仿真系统(RTDS)与快速控制原型(RCP)的硬件在环实验平台进行实验,验证控制策略的正确性与有效性。

摘要：为了增强直流微电网中分布式储能系统的惯性,并在线路阻抗不匹配的情况下实现各储能单元(energy storage unit,ESU)的荷电状态(state of charge,SOC)均衡,提出一种基于虚拟直流电机(virtual DC machine,VDCM)的分布式储能系统能量动态分配策略。首先,将VDCM技术应用到储能侧控制中,利用VDCM的输出特性增强系统的抗扰能力。然后,利用电枢回路方程输出特性,并根据储能系统能量分配需求,动态设计虚拟电枢电阻,使其可随SOC在规定界限内自适应变化,实时调整各变换器的输出功率,并引入压降调节因子动态微调各变换器输出虚拟压降至相等,从而补偿线路阻抗的不匹配度,实现各ESU的SOC均衡。此外,采用一致性算法在相邻ESU间获得所需平均值信息,增强系统的可扩展性。最后,搭建光伏多储能直流微电网系统模型,仿真和实验结果验证了所提控制策略的合理性和有效性。

摘要：直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。

摘要：针对海上平台多种新能源构成的电力电子化直流微网系统具有低惯量、弱阻尼特性,以及海上新能源强的间歇性所引起的微网系统稳定性问题,在风力发电单元、光伏发电单元的接口直流变换器中,采用主动式虚拟直流发电机技术,即接口变换器的控制系统中加入直流发电机机械方程和电磁特性方程,使其具有直流发电机惯量特性与阻尼特性,减缓在风、光发电单元出力突变时对母线电压冲击,以提高直流微网系统惯性。建立虚拟直流发电机控制小信号模型,分析其中惯量系数和阻尼系数对于系统稳定性影响,利用小信号线性模型根轨迹获得参数的优化设计准则。仿真结果表明,采用所提出的虚拟直流发电机控制方法极大弱化了风、光间歇性对母线电压冲击的影响,同时提高了弱电网特性下微网稳定性,验证了该方法理论正确性与可行性,在新能源独立供电弱网条件下具有广泛的应用前景。

摘要：为提升传统新能源和储能接入电力电子变换装置的惯性以及暂态性能,提出分层协调的自适应虚拟电机控制策略,通过分析功角曲线和角频率振荡曲线,设计了以功率偏差为基础的虚拟同步电机(virtual synchronous machine, VSM)自适应参数环节,以母线电压偏差为基础的虚拟直流电机(virtual direct current machine, VDCM)自适应环节,对储能本体和变换器惯性本质进行分析,获取惯量取值范围。仿真验证结果表明,与固定参数的传统微电网储能控制策略相比,在该控制策略下,频率跌落幅值降低了0.025 Hz,母线电压的幅值跌落减少了1.2 V,动态响应时间缩短了0.2 s,既增强了稳定性又降低了波动幅值,缩短了动态响应时间,对频繁的负荷波动具有更强的适应性。

摘要：直流微电网系统通常采用传统下垂控制实现负荷均匀分配,但线路阻抗影响负荷分配精度。基于变换器输出纹波频率特性的阻抗检测方法,设计了一种改进的非线性下垂控制(INDC),可实时跟踪变换器输出电流动态变化,有效改善负荷分配精度。但在负载突变时抑制母线电压波动能力不足,进一步在控制中增设虚拟直流电机(VDCM)控制,为变换器提供额外虚拟惯量和阻尼,有效抑制了直流母线电压的波动。理论分析与实验结果表明,与传统下垂控制相比,所提控制策略可以有效解决线路阻抗引起的负荷分配精度,同时在负载功率突变时,能更好地抑制直流母线电压波动。