一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法技術

本發明專利技術公布了一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法

【技術實現步驟摘要】
一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法


[0001]本專利技術涉及電力電子裝置在電力系統中的應用領域，具體涉及一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法
。

技術介紹

[0002]在國家大力號召節能減排的大背景下，含高比例新能源的新型電力系統已經成為了發展趨勢，新能源發電具有間歇性和隨機性的特點，隨著天氣條件的變化，新能源的發電功率也不斷改變，導致電網電壓波動，從而對某些對電網電壓敏感的用電設備
(
關鍵性負載
)
的運行造成不良影響
。
針對這個問題，香港大學許樹源教授團隊在
2012
年提出了“電力彈簧”這一新概念，電力彈簧通過將電網的功率波動轉移到對電壓變化不敏感的設備
(
非關鍵性負載
)
上，維持關鍵性負載電壓的穩定
。
電力彈簧與非關鍵性負載串聯后形成智能負載，能夠實現用電量自動匹配發電量
。
[0003]在現有的電力彈簧控制方法中，基本上只考慮電壓調節或功率因數校正等控制目標的實現，在設計過程中沒有考慮電力彈簧的有功功率補償的大小以及直流側儲能電池所需要的容量
。Tong Chen
等人提出了一種恒定負載電壓角
(
θ
角
)
的電力彈簧控制方法，雖然實現了穩定關鍵性負載的電壓，但
θ
角恒定限制了電力彈簧的工作區間，且在恒定
θ
角控制下，非關鍵性負載上的電壓波動程度很大，超出了其允許工作范圍
。
同時，該方法需要配置較大的直流側儲能電池容量，系統的建設成本較高
。

技術實現思路

[0004]為了克服現有技術的缺點與不足，本專利技術提供了一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，在穩定關鍵性負載功率
(
電壓
)
的同時，保證非關鍵性負載上的功率
(
電壓
)
波動程度位于允許范圍以內，同時最大限度的利用非關鍵性負載的允許功率波動范圍，減少電力彈簧的直流側儲能電池需要配置的儲能容量，降低系統的建設成本
。
[0005]本專利技術的目的至少通過如下技術方案之一實現
。
[0006]一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，包括以下步驟：
[0007]S1、
實時采集公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
、
電源流入公共連接點
PCC
的電流信號
i
s
、
電力彈簧的輸出電壓信號
v
es
以及流過電力彈簧的電流信號
i
SL
；
[0008]S2、
將公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
的有效值
V
s
與給定的電壓參考值
V
sref
作差，差值經過一個比例積分控制器，其輸出為電力彈簧輸出電壓的
x
軸分量
v
esx
的參考有效值
V
esxref
；
[0009]S3、
將公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
輸入鎖相環模塊
(PLL)
，得到電壓信號
v
s
的實時相位
ω
t
；
[0010]S4、
將電壓信號
v
s
和電流信號
i
s
輸入一個功率計算模塊，輸出發電端注入負載端的實時有功功率
P
in
；將
P
in
輸入參考有功功率選擇模塊，輸出電力彈簧的參考有功功率
P
esref
；將電壓信號
v
es
和電流信號
i
SL
輸入一個功率計算模塊，輸出電力彈簧實際有功功率
P
es
；
[0011]S5、
將電力彈簧的有功功率
P
es
與參考有功功率
P
esref
作差后輸入一個比例積分控制器，輸出負載電壓夾角
θ
的參考值
θ
ref
；
[0012]S6、
將上述步驟所得的
V
esxref
、
ω
t、V
sref
以及
θ
ref
輸入參考電壓計算模塊，輸出電力彈簧的參考輸出電壓信號
v
esref
；
[0013]S7、
將電壓信號
v
esref
輸入
PWM
信號生成器，得到電力彈簧開關管的驅動信號，實現電力彈簧的控制
。
[0014]進一步地，所述電力彈簧的應用系統包括電源
v
g
，線路阻抗
Z1，關鍵性負載
Z
CL
，非關鍵性負載
Z
NCL
和電力彈簧；電力彈簧與能承受電壓波動的非關鍵性負載
Z
NCL
串聯后，然后與對電壓變化敏感的關鍵性負載
Z
CL
并聯在公共連接點
PCC
，電源
v
g
與線路阻抗串聯后接入公共連接點
PCC
；公共連接點
PCC
是電力彈簧與關鍵性負載
Z
CL
和線路阻抗
Z1的連接點
。
[0015]進一步地，所述電力彈簧包括直流側儲能電池
、
電壓源型逆變器和
LC
低通濾波器
。
[0016]進一步地，所述負載電壓夾角為關鍵性負載電壓即公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
與非關鍵性負載電壓
v
o
之間的夾角，記為
θ
角；
[0017]非關鍵性負載電壓
v
o
超前關鍵性負載電壓
v
s
時，
θ
角為正值，非關鍵性負載電壓
v
o
滯后關鍵性負載電壓
v
s
時，
θ
角為負值
。
[0018]進一步地，步驟
S2
中，所述電力彈簧輸出電壓的
x
軸分量
v
esx
，具體分解方式為，以關鍵性負載電壓即公共連接點
PCC
處的電壓信號...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1、
實時采集公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
、
電源流入公共連接點
PCC
的電流信號
i
s
、
電力彈簧的輸出電壓信號
v
es
以及流過電力彈簧的電流信號
i
SL
；
S2、
將公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
的有效值
V
s
與給定的電壓參考值
V
sref
作差，差值經過一個比例積分控制器，其輸出為電力彈簧輸出電壓的
x
軸分量
v
esx
的參考有效值
V
esxref
；
S3、
將公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
輸入鎖相環模塊
(PLL)
，得到電壓信號
v
s
的實時相位
ω
t
；
S4、
將電壓信號
v
s
和電流信號
i
s
輸入一個功率計算模塊，輸出發電端注入負載端的實時有功功率
P
in
；將
P
in
輸入參考有功功率選擇模塊，輸出電力彈簧的參考有功功率
P
esref
；將電壓信號
v
es
和電流信號
i
SL
輸入一個功率計算模塊，輸出電力彈簧實際有功功率
P
es
；
S5、
將電力彈簧的有功功率
P
es
與參考有功功率
P
esref
作差后輸入一個比例積分控制器，輸出負載電壓夾角
θ
的參考值
θ
ref
；
S6、
將上述步驟所得的
V
esxref
、
ω
t、V
sref
以及
θ
ref
輸入參考電壓計算模塊，輸出電力彈簧的參考輸出電壓信號
v
esref
；
S7、
將電壓信號
v
esref
輸入
PWM
信號生成器，得到電力彈簧開關管的驅動信號，實現電力彈簧的控制
。2.
根據權利要求1所述的一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，其特征在于，所述電力彈簧的應用系統包括電源
v
g
，線路阻抗
Z1，關鍵性負載
Z
CL
，非關鍵性負載
Z
NCL
和電力彈簧；電力彈簧與能承受電壓波動的非關鍵性負載
Z
NCL
串聯后，然后與對電壓變化敏感的關鍵性負載
Z
CL
并聯在公共連接點
PCC
，電源
v
g
與線路阻抗串聯后接入公共連接點
PCC
；公共連接點
PCC
是電力彈簧與關鍵性負載
Z
CL
和線路阻抗
Z1的連接點
。3.
根據權利要求1所述的一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，其特征在于，所述電力彈簧包括直流側儲能電池
、
電壓源型逆變器和
LC
低通濾波器
。4.
根據權利要求1所述的一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，其特征在于，所述負載電壓夾角為關鍵性負載電壓即公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
與非關鍵性負載電壓
v
o
之間的夾角，記為
θ
角；非關鍵性負載電壓
v
o
超前關鍵性負載電壓
v
s
時，
θ
角為正值，非關鍵性負載電壓
v
o
滯后關鍵性負載電壓
v
s
時，
θ
角為負值
。5.
根據權利要求4所述的一種用于實時調節負載電壓夾角的電力彈簧控制方法，其特征在于，步驟
S2
中，所述電力彈簧輸出電壓的
x
軸分量
v
esx
，具體分解方式為，以關鍵性負載電壓即公共連接點
PCC
處的電壓信號
v
s
的方向為參考
x
軸方向，
y
軸超前于
x
軸
90
度，將電力彈簧的輸出電壓分解為相互垂直的
x
軸分量
v
esx
和
y
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丘東元，何文韜，張波，陳艷峰，謝帆，肖文勛，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：