电气弹簧双环解耦控制及有效运行范围研究
发布时间：2021-03-09 20:22
电气弹簧（ES）是一种应用于负载侧的变流器装置,和非关键性负载组成智能负载调节负载功率稳定关键性负载电压,其主要应用于存在大量新能源的分布式系统,解决新能源的间歇性和不稳定性所带来的问题。该文首先介绍电气弹簧的应用背景和基本运行原理,然后针对电气弹簧能够调节电压的机理进行理论分析。随后分析已有控制方法的不足,并提出基于同步多旋转坐标系下的双环解耦控制方法,该方法能够使电气弹簧的直流侧电压和关键性负载电压都能稳定在给定值,具有解耦的效果。最后根据单相电气弹簧在系统中的电路模型,推导出关键性负载电压和其他电路参数的关系式,用Matlab分析得出非关键性负载、关键性负载和网侧电源电压对电气弹簧有效运行范围的影响。并且搭建实验平台,分别对电气弹簧工作在容性模式和感性模式两种情况下提出的控制方法进行验证,证明了控制方法的正确性和有效性。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(15)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
关键性负载过压且ES不工作时的波形Fig.21Waveformsofcriticalloadovervoltageand
第35卷第15期贾何飞等电气弹簧双环解耦控制及有效运行范围研究3323输出电压为0。3.2.1欠电压时工作在容性模式当系统电压跌落时工作在容性模式，此时设定的电源电压vg的幅值为43V，当电气弹簧不工作时关键性负载电压vs幅值为36V，小于参考值，非关键性负载流io和vs同相位，实验波形如图19所示。下文实验波形四个通道从上往下分别是，关键性负载电压vs、电气弹簧输出电压ves、电气弹簧直流侧电压vdc和非关键性负载电流io。图19关键性负载欠电压且ES不工作时的波形Fig.19WaveformsofcriticalloadundervoltageandESnotworking当欠电压时图1中的使能开关断开，电气弹簧开始工作的动态波形如图20所示，图20a为从欠电压状态到稳态时的波形图。可以发现关键性负载开始处于欠电压状态ES输出电压为0，当电气弹簧开图20关键性负载欠电压且ES工作时的波形Fig.20WaveformsofcriticalloadundervoltageandESworking始工作时ES开始输出电压，vs幅值升高经由动态过渡后达到稳态，关键性负载电压峰-峰值由72V升高到80.1V。图20b为图20a方框中的动态过渡波形，从图中可以看出电气弹簧电压滞后于非关键性负载电流接近90°，这是由于实际装置存在损耗需要消耗一定的有功功率，所以ES电压不完全滞后于非关键性负载电流90°。从图中还可以看出非关键性负载电流超前于vs一定的角度，这是由于ES和非关键性负载组成的智能支路呈现出阻容的特性。同时从图20b中可以看出，电气弹簧能在两个周波内把电网电压调整到额定值，有很好的动态响应速度。把图19和图20作对比可以发现
鄙瓒?的电源电压vg的幅值为43V，当电气弹簧不工作时关键性负载电压vs幅值为36V，小于参考值，非关键性负载流io和vs同相位，实验波形如图19所示。下文实验波形四个通道从上往下分别是，关键性负载电压vs、电气弹簧输出电压ves、电气弹簧直流侧电压vdc和非关键性负载电流io。图19关键性负载欠电压且ES不工作时的波形Fig.19WaveformsofcriticalloadundervoltageandESnotworking当欠电压时图1中的使能开关断开，电气弹簧开始工作的动态波形如图20所示，图20a为从欠电压状态到稳态时的波形图。可以发现关键性负载开始处于欠电压状态ES输出电压为0，当电气弹簧开图20关键性负载欠电压且ES工作时的波形Fig.20WaveformsofcriticalloadundervoltageandESworking始工作时ES开始输出电压，vs幅值升高经由动态过渡后达到稳态，关键性负载电压峰-峰值由72V升高到80.1V。图20b为图20a方框中的动态过渡波形，从图中可以看出电气弹簧电压滞后于非关键性负载电流接近90°，这是由于实际装置存在损耗需要消耗一定的有功功率，所以ES电压不完全滞后于非关键性负载电流90°。从图中还可以看出非关键性负载电流超前于vs一定的角度，这是由于ES和非关键性负载组成的智能支路呈现出阻容的特性。同时从图20b中可以看出，电气弹簧能在两个周波内把电网电压调整到额定值，有很好的动态响应速度。把图19和图20作对比可以发现，稳态时非关键性负载电流的峰-峰值由14.75A下降到了11.16A，这说明电气弹簧发出无功同时调节非关键性负载的有功功率，使其吸收的功率减少，两者共同
【参考文献】：
期刊论文
[1]无功电压优化对新能源消纳的影响[J]. 刘华志,李永刚,王优胤,张晓天,曹南君. 电工技术学报. 2019(S2)
[2]双馈风电场损耗最小化的有功无功协调优化控制[J]. 荣飞,李培瑶,周诗嘉. 电工技术学报. 2020(03)
[3]静止同步补偿器与直驱永磁风机的次同步控制交互研究[J]. 任必兴,杜文娟,王海风. 电工技术学报. 2018(24)
[4]基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置[J]. 祁欢欢,陆振纲,陈静,李鹏,李厚源,郑涛. 电力系统保护与控制. 2018(20)
[5]含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略[J]. 张继红,王洪明,魏毅立,吴振奎,杨培宏. 电工技术学报. 2018(06)
[6]基于直流电气弹簧的直流配电网电压波动抑制[J]. 曾正,邵伟华,冉立,孙文涛,马丽. 电工技术学报. 2016(17)
[7]统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用[J]. 易成星,周前,杨伟. 电力系统保护与控制. 2014(20)
[8]改进的配电网双馈风电场电压控制策略[J]. 张学广,刘义成,海樱,徐殿国. 中国电机工程学报. 2010(07)
本文编号：3073419
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(15)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
关键性负载过压且ES不工作时的波形Fig.21Waveformsofcriticalloadovervoltageand
第35卷第15期贾何飞等电气弹簧双环解耦控制及有效运行范围研究3323输出电压为0。3.2.1欠电压时工作在容性模式当系统电压跌落时工作在容性模式，此时设定的电源电压vg的幅值为43V，当电气弹簧不工作时关键性负载电压vs幅值为36V，小于参考值，非关键性负载流io和vs同相位，实验波形如图19所示。下文实验波形四个通道从上往下分别是，关键性负载电压vs、电气弹簧输出电压ves、电气弹簧直流侧电压vdc和非关键性负载电流io。图19关键性负载欠电压且ES不工作时的波形Fig.19WaveformsofcriticalloadundervoltageandESnotworking当欠电压时图1中的使能开关断开，电气弹簧开始工作的动态波形如图20所示，图20a为从欠电压状态到稳态时的波形图。可以发现关键性负载开始处于欠电压状态ES输出电压为0，当电气弹簧开图20关键性负载欠电压且ES工作时的波形Fig.20WaveformsofcriticalloadundervoltageandESworking始工作时ES开始输出电压，vs幅值升高经由动态过渡后达到稳态，关键性负载电压峰-峰值由72V升高到80.1V。图20b为图20a方框中的动态过渡波形，从图中可以看出电气弹簧电压滞后于非关键性负载电流接近90°，这是由于实际装置存在损耗需要消耗一定的有功功率，所以ES电压不完全滞后于非关键性负载电流90°。从图中还可以看出非关键性负载电流超前于vs一定的角度，这是由于ES和非关键性负载组成的智能支路呈现出阻容的特性。同时从图20b中可以看出，电气弹簧能在两个周波内把电网电压调整到额定值，有很好的动态响应速度。把图19和图20作对比可以发现
鄙瓒?的电源电压vg的幅值为43V，当电气弹簧不工作时关键性负载电压vs幅值为36V，小于参考值，非关键性负载流io和vs同相位，实验波形如图19所示。下文实验波形四个通道从上往下分别是，关键性负载电压vs、电气弹簧输出电压ves、电气弹簧直流侧电压vdc和非关键性负载电流io。图19关键性负载欠电压且ES不工作时的波形Fig.19WaveformsofcriticalloadundervoltageandESnotworking当欠电压时图1中的使能开关断开，电气弹簧开始工作的动态波形如图20所示，图20a为从欠电压状态到稳态时的波形图。可以发现关键性负载开始处于欠电压状态ES输出电压为0，当电气弹簧开图20关键性负载欠电压且ES工作时的波形Fig.20WaveformsofcriticalloadundervoltageandESworking始工作时ES开始输出电压，vs幅值升高经由动态过渡后达到稳态，关键性负载电压峰-峰值由72V升高到80.1V。图20b为图20a方框中的动态过渡波形，从图中可以看出电气弹簧电压滞后于非关键性负载电流接近90°，这是由于实际装置存在损耗需要消耗一定的有功功率，所以ES电压不完全滞后于非关键性负载电流90°。从图中还可以看出非关键性负载电流超前于vs一定的角度，这是由于ES和非关键性负载组成的智能支路呈现出阻容的特性。同时从图20b中可以看出，电气弹簧能在两个周波内把电网电压调整到额定值，有很好的动态响应速度。把图19和图20作对比可以发现，稳态时非关键性负载电流的峰-峰值由14.75A下降到了11.16A，这说明电气弹簧发出无功同时调节非关键性负载的有功功率，使其吸收的功率减少，两者共同
【参考文献】：
期刊论文
[1]无功电压优化对新能源消纳的影响[J]. 刘华志,李永刚,王优胤,张晓天,曹南君. 电工技术学报. 2019(S2)
[2]双馈风电场损耗最小化的有功无功协调优化控制[J]. 荣飞,李培瑶,周诗嘉. 电工技术学报. 2020(03)
[3]静止同步补偿器与直驱永磁风机的次同步控制交互研究[J]. 任必兴,杜文娟,王海风. 电工技术学报. 2018(24)
[4]基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置[J]. 祁欢欢,陆振纲,陈静,李鹏,李厚源,郑涛. 电力系统保护与控制. 2018(20)
[5]含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略[J]. 张继红,王洪明,魏毅立,吴振奎,杨培宏. 电工技术学报. 2018(06)
[6]基于直流电气弹簧的直流配电网电压波动抑制[J]. 曾正,邵伟华,冉立,孙文涛,马丽. 电工技术学报. 2016(17)
[7]统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用[J]. 易成星,周前,杨伟. 电力系统保护与控制. 2014(20)
[8]改进的配电网双馈风电场电压控制策略[J]. 张学广,刘义成,海樱,徐殿国. 中国电机工程学报. 2010(07)
本文编号：3073419
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