基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计

孙立政; 王丰; 许子怡; 卓放

doi:10.7500/AEPS20231013001

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基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计
- Control Parameter Design of Virtual DC Machine for DC/DC Converter Based on Equivalent Reduced-order Model
- 电力系统自动化 2024年48卷第24期页码：124-135
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学未来技术学院，陕西省西安市 710049
  2.西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
- 作者简介：
  
  孙立政(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：直流配电网变流器控制、直流配电网稳定性分析。E-mail：sunlizheng@stu.xjtu.edu.cn
  王丰(1983—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源发电技术、配电网大功率先进电能变换技术等。E-mail：fengwangee@xjtu.edu.cn
  许子怡(2001—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电氢耦合系统建模及协调控制技术。E-mail：xzyii@stu.xjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52077173)
- DOI：10.7500/AEPS20231013001
  中图分类号：
- 收稿：2023-10-13，
  
  修回：2024-04-07，
  
  网络出版：2024-06-18，
  
  纸质出版：2024-12-25
- 稿件说明：
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孙立政,王丰,许子怡等.基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计[J].电力系统自动化,2024,48(24):124-135.

SUN Lizheng,WANG Feng,XU Ziyi,et al.Control Parameter Design of Virtual DC Machine for DC/DC Converter Based on Equivalent Reduced-order Model[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):124-135.
孙立政,王丰,许子怡等.基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计[J].电力系统自动化,2024,48(24):124-135. DOI： 10.7500/AEPS20231013001.

SUN Lizheng,WANG Feng,XU Ziyi,et al.Control Parameter Design of Virtual DC Machine for DC/DC Converter Based on Equivalent Reduced-order Model[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):124-135. DOI： 10.7500/AEPS20231013001.

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。

Abstract

The virtual DC machine (VDCM) control is widely used in DC/DC converters to enhance the inertia of the DC system and suppress the sudden change of DC bus voltage. However

it also has some problems such as complicated models and difficult parameter setting. Aiming at these problems

this paper proposes a systematic design method of VDCM control parameters based on the equivalent reduced-order model for the bidirectional DC/DC converter connected to the energy storage device in the DC distribution system. First

according to the mechanical and electromagnetic equations of the DC machine

a full-order small-signal model of VDCM control is established

and the influence of the variation of control parameters such as inertia coefficient and damping coefficient on the dynamic characteristics of VDCM is qualitatively analyzed. Through the rational simplification of the VDCM control process

the equivalent reduced-order small-signal model is obtained. On this basis

the analytical expression of VDCM control parameters on the dynamic performance indicators of the DC voltage is derived

and the feasible region of control parameters is constructed to guide the parameter design. Finally

the feasibility of the proposed parameter feasible region construction and parameter design methods is verified on the RT-LAB hardware-in-the-loop experimental platform.

关键词

Keywords

references

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