[发明专利]一种基于功率分配的虚拟直流电机和模型预测联合稳定直流母线电压的方法

说明书

本发明涉及一种基于功率分配的虚拟直流电机和模型预测联合稳定直流母线电压的方法，属于微电网混合储能技术领域。技术方案是：包含可变时间常数低通滤波器功率分配算法、虚拟直流电机控制和储能单元能量管理以及反馈校正的模型预测控制。本发明有益效果：在传统的PI双闭环控制的基础上，加入了VDCM控制，能够抑制负荷波动对混合储能系统影响，有效提升混合储能系统的稳定性；通过设计基于储能荷电状态的可变时间常数低通滤波功率分配算法，有效控制蓄电池和超级电容的充放电深度，避免过充过放现象出现；提出的反馈校正模型预测控制，能够有效提高系统的动态响应，在负荷扰动时加快电压恢复速度，并且能进一步增加系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于功率分配的虚拟直流电机和模型预测联合稳定直流母线电压的方法，考虑微电网中混合储能系统直流母线电压虚拟电机预测模型控制以及储能单元能量管理的一致性，属于微电网混合储能技术领域。

背景技术

由于接入微电网的分布式电源输出功率的随机性以及负载的波动性，微网系统的电能质量和稳定性受到较大影响。加之电力电子接口装置缺乏惯性，多机并联可能会导致系统振荡甚至诱发失稳。因此，为了让微电网系统达到功率供需平衡，需要配置储能提升系统的稳定性。储能技术中常将蓄电池和超级电容组合成混合储能系统(HESS)，二者优势互补，作为能量型储能的蓄电池主要平滑功率变动时的稳态分量，而功率型储能超级电容响应速度快，适用于承担暂态分量，让储能装置的性能大幅提升。然而，混合储能HESS装置并联时，需要控制策略合理地将功率分配给各个储能单元，以此减小母线侧电压波动，提高系统的动态响应和稳定性。

近年来，在HESS中，对于控制储能元件和实现功率流动的双向DC-DC变换器，控制策略上仍大多采用传统的PI双闭环，但无法有效地改善系统的稳定性，且由于自身的滞后性，不能较好的反映储能系统的动态性能。有学者将双闭环控制中的电压外环与电流内环用一阶自抗扰控制器控制，实现了更灵活的控制，或者通过对直流侧建立PCH模型，用ES控制器实现对PI控制的替换，但需要储能单元采取反馈互联的级联方式，不能有效地对储能单元单独控制。有文献在直流变换器采用了虚拟直流电机控制，通过模拟电机的特性为直流微电网加入惯性和阻尼，有效地减小的功率扰动带来的母线电压波动，提高稳定性，但采用的控制模型鲜有应用于混合储能中。为了提高系统的动态响应，出现了各种先进的非线性控制算法，例如模糊神经控制和滑膜控制。近年来，模型预测控制已被广泛使用和深入研究，但其在HESS中的应用仍然较少。总之，在HESS中结合功率分配以及稳定直流母线电压的方法还有待改善。

发明内容

本发明目的上提供一种基于功率分配的虚拟直流电机和模型预测联合稳定直流母线电压的方法，在传统的PI双闭环控制的基础上，加入了VDCM控制，能够抑制负荷波动对混合储能系统影响，有效提升混合储能系统的稳定性；通过设计基于储能荷电状态的可变时间常数低通滤波功率分配算法，有效控制蓄电池和超级电容的充放电深度，避免过充过放现象出现；提出的反馈校正模型预测控制，能够有效提高系统的动态响应，在负荷扰动时加快电压恢复速度，并且能进一步增加系统的稳定性，解决已有技术存在的上述技术问题。

本发明技术方案是：

一种基于功率分配的虚拟直流电机和模型预测联合稳定直流母线电压的方法，包含可变时间常数低通滤波器功率分配算法、虚拟直流电机控制和储能单元能量管理以及反馈校正的模型预测控制；步骤如下：首先是基于功率分配的VDCM-FCMPC控制的小信号模型，分析转动惯量和阻尼对电池以及超级电容的影响，在此基础上，在低通滤波器的时间常数上增加对储能单元SOC的反馈，根据限值分区来调节时间常数T，进而分配两者所需承担的功率；第二是对电流内环引入模型预测控制，并提出反馈校正模型预测控制，通过在代价函数中利用上一时刻的数据对传统MPC进行反馈校正，并加入直流电压母线补偿量，减少电压波动。

所述可变时间常数低通滤波器功率分配算法，用于将功率波动分为高频功率扰动和低频功率扰动，通过将储能单元的荷电状态反馈到低通滤波器中的滤波时间常数，控制超级电容和蓄电池承担功率的大小和储能充放电深度。