电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法技术

本发明专利技术公开了电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，包括建立发电机数学模型模拟其惯性；构建电动汽车充放电接口变换器的虚拟惯性控制策略；建立小信号模型实现定量分析；采用滞环控制策略使所述电动汽车参与直流配电网的电压调节；实现所述直流配电网的控制，为电网提供惯性有效地平抑了功率波动引起的母线电压跌落，提高电网的稳定性，且根据不同的SOC状态调整控制策略提供的惯性能力，延长电动汽车电池寿命的同时大大降低了直流配电网中储能设备配置的数量和成本，提高直流配电网经济性。

Control method of DC distribution network based on virtual inertia control strategy of electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法
本专利技术涉及直流配电网控制的
，尤其涉及电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法。
技术介绍
随着全球性的环境问题和能源危机日益凸显，可再生能源技术和储能技术的不断进步也推动了配电网的新一轮发展。直流配电网与交流配电网相比，具有诸如不存在频率调节和无功补偿的问题、系统稳定性高、分布式能源易接入及能量转换效率高等优点，同时在配电环节，存在较多的直流负荷和储能设备的存在，采用直流配电网不用进行频繁的DC/AC、AC/DC变换，这可以减少大量的电力电子设备。但直流配电网是以电力电子变换器为主导的低惯性网络，负荷频繁投切、分布式能源出力波动极易影响直流配电网母线电压，不利于配电网的安全稳定运行。针对配电网中惯性不足的问题，现有的大量研究集中在交流配电网中变换器的虚拟惯性控制方法。许多专家学者在如何应用虚拟同步机控制技术增强交流配电网的惯性进而改善其电能质量做了大量的研究并取得了显著成效，克服传统电力电子技术的局限。在直流配电网中，同样可以采用虚拟惯性控制技术提高配电网惯性，目前的主要研究是通过直流配电网中的储能设备来提供电网所需的惯性，常用的方法包括在传统储能电池上应用虚拟惯性控制技术以及通过混合储能控制策略来提升系统的稳定性，但是这些研究所依赖的储能器件大量使用缺乏经济性。考虑到电动汽车所具有移动负荷和储能的双重特性，在接入配电网作为常规储能的补充之外，还可以对其进行适当的充放电惯性控制，进而提高系统的稳定性。现有文献中有提出采用虚拟同步电机控制技术的电动汽车快速充电技术为配电网提供惯性支持，也有文献提出了控制电动汽车与配电功率的流向的策略，可以有效的利用电动汽车进行配电网电压调节，但是现有研究未充分考虑荷电状态的不同对电动汽车参与电网电压调节时所提供惯性的差异，故此，寻求一种考虑荷电状态的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法具有重大的社会和经济效益。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有直流配电网控制存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术解决的技术问题是：解决现有研究未充分考虑荷电状态不同对电动汽车参与电网电压调节时所提供惯性差异的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，包括建立发电机数学模型模拟其惯性；构建电动汽车充放电接口变换器的虚拟惯性控制策略；建立小信号模型实现定量分析；采用滞环控制策略使所述电动汽车参与直流配电网的电压调节；实现所述直流配电网的控制。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：所述电动汽车充放电接口变换器采用外部电压环和内部电流环构成的双环串级控制，且在双闭环控制基础上加入虚拟惯性环节。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：在双闭环控制基础上加入虚拟惯性环节包括将所述直流配电网的电压反馈值与电压参考值进行比较，通过PI控制器分别调节电压和机械功率偏差；引入机械转动方程和电动势平衡方程；根据功率平衡原则将得到的电流转化后对Ibat进行追踪；通过所述PI控制器和PWM调制得到控制信号后对所述直流配电网进行控制。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：建立所述小信号模型实现定量分析的得出包括，角速度与电磁转矩之间的传递函数为：传递函数为：电压偏差与功率之间的传递函数：稳态时功率分配系数为：其中，ω为直流发电机旋转角速度；СТ为转矩系数；Φ为每极磁通；Ra为电枢回路的等效电阻；J为转动惯量；СТ为转矩系数；ΔP为机械功率偏差；ω0为额定角速度；P为功率；U为电压；Udc为直流母线电压；Udc0为直流母线参考值电压；Kp为比例调节系数；Ki为积分调节系数；S为复变量；Gpl(S)为角速度传递函数。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：所述机械转动方程具体为，Te＝Pe/ω其中，J表示转动惯量；w表示直流发电机旋转角速度；Tm表示直流电机的机械转矩；Te表示直流电机的电磁转矩；Pe表示电磁功率；w0表示额定角速度。所述电动势平衡方程具体为，U0＝E-RaIa其中，U0表示机端输出电压；E表示电枢感应电动势；Ra表示电枢回路的等效电阻；Ia表示电枢电流。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：采用所述滞环控制策略使所述电动汽车参与所述直流配电网的电压调节，当SOC状态低于下限SOC状态阈值时所述电动汽车处于充电状态，高于上限SOC状态阈值时处于放电状态，在所述下限SOC状态阈值和所述上限SOC状态阈值之间时，保持上升状态不变。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：所述下限SOC状态阈值和所述上限SOC状态阈值之间的范围为30％～80％。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：当电动汽车以功率Pk充电，接入所述直流配电网的起始荷电状态为SOC0，SOC变化表示为，Q0＝SOC0×QN所需充电时长为，其中，SOC0表示起始荷电状态；SOCr表示充电结束时的荷电状态；Qn表示电动汽车的额定容量；Pk表示充电功率。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：所述滞环控制策略采用本地模式，不加通信线，根据电动汽车插入充电桩的SOC状态设置合适的惯性系数和充放电功率。作为本专利技术所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法的一种优选方案，其中：当检测到外部功率波动时，所述虚拟惯性控制策略可根据电压波动自动调节感应电动势的大小，进而平抑功率波动。本专利技术的有益效果：本专利技术将电动汽车作为直流配电网电压控制的重要手段，提出一种电动汽车接入直流配电网的虚拟惯性控制策略，根据电动汽车荷电状态选取合适的惯性系数，在电动汽车负荷大规模涌入电网情况下为直流配电网电压不稳定提供了新的思路，在满足系统稳定性的同时还具有以下优点：综合考虑了包括荷电状态在内的多种因素对电动汽车接入直流配电网所能提供惯性的影响；在电动汽车参与配电网调节时设置合理的电动汽车荷电状态界限以保证用户的正常驾驶需求；在大量的电动汽车负荷涌入电网的情况下，有利于平缓负荷曲线，为配电网提供削峰填谷的服务；将原本系统中的一个的功率扰动源作为调节系统电压稳定的功率稳定源，明显减少了其对电网稳定运行的负面影响。附图说明为了更清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：包括，/n建立发电机数学模型模拟其惯性；/n构建电动汽车充放电接口变换器的虚拟惯性控制策略；/n建立小信号模型实现定量分析；/n采用滞环控制策略使所述电动汽车参与直流配电网的电压调节；/n实现所述直流配电网的控制。/n

【技术特征摘要】
1.电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：包括，
建立发电机数学模型模拟其惯性；
构建电动汽车充放电接口变换器的虚拟惯性控制策略；
建立小信号模型实现定量分析；
采用滞环控制策略使所述电动汽车参与直流配电网的电压调节；
实现所述直流配电网的控制。


2.根据权利要求1所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：所述电动汽车充放电接口变换器采用外部电压环和内部电流环构成的双环串级控制，且在双闭环控制基础上加入虚拟惯性环节。


3.根据权利要求2所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：在双闭环控制基础上加入虚拟惯性环节包括，
将所述直流配电网的电压反馈值与电压参考值进行比较，通过PI控制器分别调节电压和机械功率偏差；
引入机械转动方程和电动势平衡方程；
根据功率平衡原则将得到的电流转化后对Ibat进行追踪；
通过所述PI控制器和PWM调制得到控制信号后对所述直流配电网进行控制。


4.根据权利要求1所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：建立所述小信号模型实现定量分析的得出包括，
角速度与电磁转矩之间的传递函数为：
传递函数为：
电压偏差与功率之间的传递函数：



稳态时功率分配系数为：
其中，ω为直流发电机旋转角速度；СТ为转矩系数；Φ为每极磁通；Ra为电枢回路的等效电阻；J为转动惯量；СТ为转矩系数；ΔP为机械功率偏差；ω0为额定角速度；P为功率；U为电压；Udc为直流母线电压；Udc0为直流母线参考值电压；Kp为比例调节系数；Ki为积分调节系数；S为复变量；Gpl(S)为角速度传递函数。


5.根据权利要求3所述的电动汽车虚拟惯性控制策略调控的直流配电网控制方法，其特征在于：
所述机械转动方...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛玲，王璨，朱勇杰，孟伟，赵晋斌，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31