1.3.3 基于負載側虛擬阻抗控制的穩(wěn)定性提升方法

當直流配用電系統(tǒng)的源不可控或控制環(huán)路不允許修改時，源側虛擬阻抗控制策略將無法應用。在這種情況下，可以通過對負載變換器實施虛擬阻抗控制來調整其輸入阻抗，從而提升系統(tǒng)穩(wěn)定性［71，78，84］。眾多研究指出：負載變換器通常呈現(xiàn)恒功率負載特性，其輸入阻抗在低頻范圍內的負阻尼特性是引發(fā)直流配用電系統(tǒng)失穩(wěn)的主要原因［71，84-85］。因此，負載側虛擬阻抗控制可以有效直接地從根本上解決直流配用電系統(tǒng)的失穩(wěn)問題，故而受到了廣泛關注和研究。

如圖1.13a和b所示，參考文獻[86]針對基于Buck變換器的負載，通過將輸入電壓v_in引入控制環(huán)路，以分別實現(xiàn)在輸入側并聯(lián)虛擬電阻R_vd和虛擬阻容R_vd-C_vd的效果，圖中，G_BPF（s）和G_LPF（s）分別為帶通和低通濾波器傳遞函數(shù)。該控制策略實現(xiàn)簡單，但系數(shù)k_AD需要基于復雜的復數(shù)計算得到。如圖1.13c所示，參考文獻[87]通過將直流母線電壓v_bus經傳遞函數(shù)G_PVI（s）引入負載變換器的單電壓環(huán)控制環(huán)路，可以實現(xiàn)在輸入側并聯(lián)虛擬阻抗Z_PVI（s）的效果。隨后，參考文獻[88]通過進一步設計G_PVI（s），使得所提控制策略可以自適應任何源變換器類型。此外，參考文獻[87]還提出了一種負載變換器輸入側串聯(lián)虛擬阻抗Z_SVI（s）的控制策略，如圖1.13d所示，通過將直流母線電流i_bus經傳遞函數(shù)G_SVI（s）引入單電壓環(huán)控制環(huán)路，以實現(xiàn)Z_SVI（s）。在此基礎上，參考文獻[89]證明了在負載變換器的最大額定功率和最小額定輸入電壓范圍內，上述串聯(lián)虛擬阻抗控制可以實現(xiàn)源變換器和負載變換器幅頻特性曲線的完全分離，同時，該參考文獻也提出了一種具有自適應特性的負載變換器串聯(lián)虛擬阻抗控制策略。

圖1.13 幾種負載側虛擬阻抗控制策略

隨后，許多研究將參考文獻［87］所提出的兩種虛擬阻抗控制策略進行了改進和拓展，例如參考文獻［90］和［91］提出了基于雙閉環(huán)控制的負載變換器串并聯(lián)虛擬阻抗控制策略，并解決了多電壓源與線路阻抗諧振所導致的失穩(wěn)問題。參考文獻［92］面向采用輸出電流單閉環(huán)控制的雙有源橋變換器，提出了基于母線電壓和母線電流的串并聯(lián)虛擬阻抗控制策略，以解決儲能系統(tǒng)在重載條件下的不穩(wěn)定問題，并通過比較發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)虛擬阻抗控制的帶寬更高、動態(tài)特性更好。參考文獻［84］通過結合Buck類恒功率負載的頻域特性，提出了一種基于二階帶通濾波器的功率自適應并聯(lián)虛擬阻抗控制策略，相較于上述文獻，該策略的優(yōu)點是可以自適應源變換器類型和負載功率的變化，同時補償控制器的階數(shù)較低且參數(shù)設計簡單，缺點是該方法適用的變換器類型有限。