基于虚拟阻抗的前馈式VDCM控制技术，用于提升船用直流微电网的稳定性

《Journal of Marine Science and Engineering》：Virtual Impedance-Based Feedforward VDCM Control for Stability Enhancement in Shipboard DC Microgrids

　　

摘要

船载直流微电网面临着严峻的稳定性挑战，包括由低惯性导致的电压波动以及恒定功率负载带来的阻抗不匹配问题，这些都会严重威胁系统的稳定性。现有的虚拟直流电机控制方法通常将惯性支撑与阻抗优化视为独立的设计目标，缺乏统一的频域设计框架。为解决这一问题，本文首先为标准虚拟直流电机控制器建立了精确的虚拟阻抗模型，定量分析了其控制参数（J和D）如何影响频域阻抗特性，并识别出潜在的稳定性冲突。基于该模型，本文提出了一种带有前馈补偿的虚拟直流电机控制策略，通过引入差分前馈环，在不影响惯性支撑功能的前提下，主动调整变换器在关键中频范围内的输出阻抗。通过基于阻抗的稳定性分析对阻抗调整效果进行了量化评估；该策略使得系统增益裕度从 dB提升到 dB，同时相位裕度也有了显著提升，从而证明了系统稳定性的改善。在真实的船载环境下进行的硬件在环实验进一步验证了理论分析的结果，显示出更出色的瞬态电压调节性能，证明了所提策略的实际有效性。FFC-VDCM为低惯性直流微电网中的惯性提升与稳定性改进提供了协同解决方案。