[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法及系统。

[0002] 双有源全桥(Dual Active Bridge,DAB)直流变换器作为桥梁，可连接储能装置和直流微电网，从而保证微电网供电的可靠性。但DAB在直流微电网中的大量应用，导致直流系统缺少惯性和阻尼。当直流系统中发生功率波动时，直流母线电压会因为系统缺少惯性和阻尼，导致自身稳定性变差。

[0003] 针对这一问题，有学者提出了虚拟直流电机(VDCM)控制，将直流电机的电枢方程和机械转矩方程引入至变换器的控制策略之中，虽然VDCM控制给直流系统提供了额外的阻尼和惯性，但是控制参数的恒定导致VDCM控制缺少灵活性；在此基础上有学者提出了两参数自适应VDCM控制，实现了惯性、阻尼参数可以根据直流母线电压的变化状态实时调节，提高了VDCM控制的灵活性，抑制了直流母线电压在受到扰动时的波动量，同时提高了系统的动态响应速度，但是VDCM控制中有多个控制参数，除了惯性和阻尼这两个参数外，其余控制参数也可对直流母线电压的动态性能产生影响，因此两参数自适应VDCM控制的优越性有限。

[0057] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

[0058] 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，但是本发明还可以采用其他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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0059] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

[0060] 本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

[0061] 同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0062] 本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0063] 实施例1

[0064] 参照图1‑图4，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法，包括：

[0065] S1：将母线电压的给定值和实际值比较后得到误差信号，将所述误差信号通过电压PI调节器；

[0066] S2：计算机械功率的误差值、实际机械功率、机械转矩；

[0067] 具体的，所述计算机械功率的误差值、实际机械功率、机械转矩包括：误差信号通过电压PI调节器得到Δi，Δi与Uref相乘得到机械功率的误差值ΔPm，ΔPm与给定机械功率Pref相加得到实际机械功率Pm，利用功率和转矩的关系得到机械转矩Tm。

[0068] S3：将母线电压的变化过程划分为五类时间段；

[0069] 具体的，所述将母线电压的变化过程划分为五类时间段包括：

[0070] 第一类为稳态阶段，直流母线电压跟踪给定输出，负载电阻突然减小后进入第二类母线电压跌落阶段，此时需要减小惯性、阻尼以及电枢电阻系数，减小电压的波动量，提高系统响应速度，加快电压的恢复过程；

[0071] 第三类为母线电压向稳态值过渡阶段，此时需要增大惯性、阻尼以及电枢电阻系数，给系统提供足够的惯性和阻尼支撑；

[0072] 第四类为母线电压偏离稳态值阶段，此时需要减小惯性、阻尼以及电枢电阻系数，在减小电压波动量的同时提高系统的响应速度；

[0073] 第五类为电压重新向稳态值过渡阶段，此时需要增大惯性、阻尼以及电枢电阻系数，给系统提供足够的惯性和阻尼支撑。

[0074] 更进一步的，当变换器输出功率突增时，直流母线电压如图3所示，将母线电压的变化过程划分为5个不同的时间段：0～t0属于稳态阶段，直流母线电压跟踪给定输出，在t0时刻负载电阻突然减小；在t0～t1段内，母线电压跌落，此时需要更小的J、D以及Ra，以减小电压的波动量，提高系统响应速度，加快电压的恢复过程；在t1～t2段内，母线电压向稳态值过渡，此时需要较大的J、D以及Ra，给系统提供足够的惯性和阻尼支撑；在t2～t3段内，母线电压偏离稳态值，此时需要较小的J、D以及Ra，在减小电压波动量的同时提高系统的响应速度；在t3～t4段内，电压重新向稳态值过渡，此时需要较大的J、D以及Ra，从而给系统提供足够的惯性和阻尼支撑。

[0075] 应说明的是，通过上述三个参数的实时调节，可以抑制母线电压在受到扰动时的波动量，提高系统的动态响应速度。各个参数的选取原则如表1所示，其中J0、D0和Ra0表示系统稳态下的惯性、阻尼和电枢电阻系数。

[0076] 表1不同时间区间内对应的J、D、Ra

[0077]时间 J D Ra
0‑t0 J0 D0 Ra0
t0‑t1 ＜J0 ＜D0 ＜Ra0
t1‑t2 ＞J0 ＞D0 ＞Ra0
t2‑t3 ＜J0 ＜D0 ＜Ra0
t3‑t4 ＞J0 ＞D0 ＞Ra0

[0078] S4：根据时间段划分结果，进行三参数自适应VDCM控制。

[0079] 具体的，所述进行三参数自适应VDCM控制包括：

[0080] 系统惯性的控制策略表示为：

[0081]

[0082] 其中J表示系统惯性，k表示母线电压变化阈值，ΔU表示母线电压的给定值与实际值之差，x表示母线电压的变化率；A表示转动惯量的调节系数；J0表示系统稳态时的惯性。

[0083] 阻尼的控制策略表示为：

[0084]

[0085] 其中D表示阻尼，B表示阻尼的调节系数；D0表示系统稳态时的阻尼。

[0086] 电枢电阻系数的控制策略表示为：

[0087]

[0088] 其中Ra表示电枢电阻系数，F表示电枢电阻的调节系数；Ra0表示系统稳态时的电枢电阻系数。

[0089] 更进一步的，由机械旋转方程和电枢方程构成的三参数自适应VDCM控制得到DAB二次侧全桥输出电流的参考值Ia，输出电流经过比较后，通过电流PI调节器得到PWM脉冲信号，控制开关管的通断，构成闭环控制系统。

[0090] 上述为本实施例的提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法的示意性方案。需要说明的是，提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制系统的技术方案与上述提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法的技术方案属于同一构思，本实施例中提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法的技术方案的描述。

[0091] 本实施例中提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制系统，包括：

[0092] 误差信号模块，用于将母线电压的给定值和实际值比较后得到误差信号，将所述误差信号通过电压PI调节器；

[0093] 计算模块，用于计算机械功率的误差值、实际机械功率、机械转矩；

[0094] 划分模块，用于将母线电压的变化过程划分为五类时间段；

[0095] 控制模块，用于根据时间段划分结果，进行三参数自适应VDCM控制。

[0096] 本实施例还提供一种计算设备，适用于提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法的情况，包括：

[0097] 存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法。

[0098] 本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法。

[0099] 本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。

[0100] 实施例2

[0101] 参照图5‑图9，为本发明的一个实施例，提供了一种提高配网储能系统稳定性的三参数自适应控制方法，为了验证本发明的有益效果，通过仿真实验进行科学论证。

[0102] 对变换器进行四种不同控制下的仿真：(1)电压电流双闭环控制；(2)传统VDCM控制，即所有控制参数都保持恒定；(3)两参数自适应VDCM控制，即惯性系数J和阻尼系数D可以根据直流母线电压的状态实时调节；(4)三参数自适应VDCM控制。

[0103] 0.2s时变换器负载电阻突然减小，系统发生功率波动，此时变换器的输出电压如图4所示。不同控制策略下输出电压的波动峰值以及恢复至稳态的时间如表2所示，可以看出，与另外三种控制策略相比，三参数自适应VDCM控制可进一步有效抑制直流母线电压在受到扰动时的波动量，同时提高系统的动态响应速度。

[0104] 表2系统功率突增时不同控制策略下直流母线电压变化状态

[0105]控制策略 电压波动峰值/V 电压恢复时间/s
电压电流双闭环控制 3.8 0.18
传统VDCM控制 3 0.08
两参数自适应VDCM 2.5 0.07
三参数自适应VDCM 1.3 0.04

[0106] 搭建DAB实验平台，不同控制策略下，可以看出，与另外三种控制策略相比，在三参数自适应VDCM控制下，母线电压的波动峰值最小，系统动态响应速度也最快。

[0107] 表3不同控制策略下直流母线电压受到扰动时的变化

[0108]

[0109]

[0110] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。