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第48卷第24期2024年12月25日Vol.48No.24Dec.25,2024

DOI：10.7500/AEPS20231013001

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

11，222

孙立政，王丰，许子怡，卓放

（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）

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。

关键词：直流配电系统；储能变流器；虚拟直流电机；等效降阶模型；可行域；参数设计

0引言使变换器具备类似直流电机的惯性和阻尼特性，增

强对直流母线电压的稳定能力。此外，VDCM控制

随着分布式可再生能源、储能的大规模接入和

［14］［15］

还被应用于负荷侧、直流微网光伏发电系统以

电动汽车、数据中心等直流负荷的日益增长，直流电

［16］

及能量路由器的直流端口中，显著提升了系统运

网因其兼具灵活性与高效性的特点，同时满足了可

行的稳定性。文献［17-18］则是针对VDCM多机系

再生能源利用和负荷高效接入两方面需求，将是未

［1-2］统并联运行，提出了多机协调控制策略，实现多机间

来电网发展的重要形态。然而，直流电网含有大

的功率精确分配。

量快速响应的电力电子装置，缺乏同步发电机这类

上述文献表明VDCM在增强直流系统惯性与

机械旋转设备为系统提供惯性支撑。因此，低惯性、

阻尼方面具有显著优势。但是，VDCM也存在控制

弱阻尼等特性成为影响直流系统稳定运行的重要

［3-4］复杂、参数设计困难等问题。针对VDCM控制复杂

因素。

的问题，文献［19］提出了一种无需功率环路的

用于增强直流系统惯性的方法主要包括：附加

［5-6］［7-8］VDCM控制方法，并引入差分补偿器提升系统动态

惯性控制、改进下垂控制、类虚拟同步机控

［9-10］响应。文献［20］对VDCM外环控制进行了修正，得

制