1.3.3 基于负载侧虚拟阻抗控制的稳定性提升方法

当直流配用电系统的源不可控或控制环路不允许修改时，源侧虚拟阻抗控制策略将无法应用。在这种情况下，可以通过对负载变换器实施虚拟阻抗控制来调整其输入阻抗，从而提升系统稳定性［71，78，84］。众多研究指出：负载变换器通常呈现恒功率负载特性，其输入阻抗在低频范围内的负阻尼特性是引发直流配用电系统失稳的主要原因［71，84-85］。因此，负载侧虚拟阻抗控制可以有效直接地从根本上解决直流配用电系统的失稳问题，故而受到了广泛关注和研究。

如图1.13a和b所示，参考文献[86]针对基于Buck变换器的负载，通过将输入电压v_in引入控制环路，以分别实现在输入侧并联虚拟电阻R_vd和虚拟阻容R_vd-C_vd的效果，图中，G_BPF（s）和G_LPF（s）分别为带通和低通滤波器传递函数。该控制策略实现简单，但系数k_AD需要基于复杂的复数计算得到。如图1.13c所示，参考文献[87]通过将直流母线电压v_bus经传递函数G_PVI（s）引入负载变换器的单电压环控制环路，可以实现在输入侧并联虚拟阻抗Z_PVI（s）的效果。随后，参考文献[88]通过进一步设计G_PVI（s），使得所提控制策略可以自适应任何源变换器类型。此外，参考文献[87]还提出了一种负载变换器输入侧串联虚拟阻抗Z_SVI（s）的控制策略，如图1.13d所示，通过将直流母线电流i_bus经传递函数G_SVI（s）引入单电压环控制环路，以实现Z_SVI（s）。在此基础上，参考文献[89]证明了在负载变换器的最大额定功率和最小额定输入电压范围内，上述串联虚拟阻抗控制可以实现源变换器和负载变换器幅频特性曲线的完全分离，同时，该参考文献也提出了一种具有自适应特性的负载变换器串联虚拟阻抗控制策略。

图1.13 几种负载侧虚拟阻抗控制策略

随后，许多研究将参考文献［87］所提出的两种虚拟阻抗控制策略进行了改进和拓展，例如参考文献［90］和［91］提出了基于双闭环控制的负载变换器串并联虚拟阻抗控制策略，并解决了多电压源与线路阻抗谐振所导致的失稳问题。参考文献［92］面向采用输出电流单闭环控制的双有源桥变换器，提出了基于母线电压和母线电流的串并联虚拟阻抗控制策略，以解决储能系统在重载条件下的不稳定问题，并通过比较发现，并联虚拟阻抗控制的带宽更高、动态特性更好。参考文献［84］通过结合Buck类恒功率负载的频域特性，提出了一种基于二阶带通滤波器的功率自适应并联虚拟阻抗控制策略，相较于上述文献，该策略的优点是可以自适应源变换器类型和负载功率的变化，同时补偿控制器的阶数较低且参数设计简单，缺点是该方法适用的变换器类型有限。