，2. 2和2. 5為減法器，2. 3為PR控制器，2. 4為電感L的電流采樣值，2. 6為 P控制器，2. 7為限幅環(huán)節(jié)，2. 8為調(diào)制波信號(hào)，2. 9為三角載波信號(hào)，2. 10為開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖 信號(hào)，2. 11為工頻變壓器次級(jí)電流，2. 12為鎖相環(huán)，2. 13為相位控制算法，2. 14為加法器， 2. 15為正弦函數(shù)，2. 16為電壓外環(huán)參考正弦量的幅度給定值，2. 17為乘法器，2. 18為給定 到PR控制器的參考正弦量。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0035] 如圖1所示，一種電力彈簧拓?fù)?，該電力彈簧拓?fù)漭敵鰡蜗喙ゎl交流電，包括單相 電壓源型逆變器、LC低通濾波器以及單相隔離變壓器。關(guān)鍵負(fù)載并聯(lián)在新能源發(fā)電單相電 網(wǎng)的輸出端之間，非關(guān)鍵負(fù)載串聯(lián)單相隔離變壓器的初級(jí)線圈后并聯(lián)在新能源發(fā)電單相電 網(wǎng)的輸出端之間，LC低通濾波器的濾波電容C與單相隔離變壓器的次級(jí)線圈后并聯(lián)在新能 源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端之間。本拓?fù)渲凶儔浩鲀蓚€(gè)繞組的連接端是互為異名端的。LC低 通濾波器的濾波電感L 一端連接濾波電容的一端，濾波電感L另一端連接單相電壓源型逆 變器的一個(gè)整流橋橋臂，單相電壓源型逆變器的另一個(gè)整流橋橋臂連接濾波電容C的另一 端，單相電壓源型逆變器的直流側(cè)接直流電源。新能源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端與關(guān)鍵負(fù)載 和非關(guān)鍵負(fù)載之間的輸電線具有輸電線路等效電阻R 1和輸電線路等效電感L1。其中，直流 電源為能量雙向的交流/直流變換器或蓄電池，直流電源電壓應(yīng)大于220、/? V,.
[0036] 為了分析方便，本實(shí)施例中，仿真時(shí)將單相隔離變壓器視為理想變壓器，匝比η取 為1:1 ;單相電壓源型逆變器的直流側(cè)電壓為1000V ;LC低通濾波器中濾波電感L、濾波電 容C的參數(shù)值分別為3mH和50uF ;關(guān)鍵負(fù)載Z2選取純電阻2000 Ω，用101. 4 Ω的純電阻代 替非關(guān)鍵負(fù)載Z3，輸電線及線路損耗用4 Ω和84. ImH的串聯(lián)組合等效，電網(wǎng)電壓參考值為 220V/50HZ ;單相電壓源型逆變器中開(kāi)關(guān)頻率為5kHz。
[0037] 如圖2所示，一種電力彈簧拓?fù)涞目刂品椒?，采用電壓、電流的雙閉環(huán)控制，包括 如下步驟：
[0038] 1)，采集關(guān)鍵負(fù)載兩端的電壓反饋信號(hào)vs fb，采集LC低通濾波器中濾波電感L的 電流值k_fb;需要說(shuō)明的是，電壓反饋信號(hào)V s_fb是采集關(guān)鍵負(fù)載兩端瞬時(shí)電壓值并乘以系 數(shù)，電流反饋信號(hào)Vfb是采集濾波電感的瞬時(shí)電流值并乘以系數(shù)；此處將采集的信號(hào)乘以 系數(shù)是將相應(yīng)信號(hào)縮小后，便于后續(xù)計(jì)算處理，系數(shù)具體值可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置；
[0039] 2)，將電壓反饋信號(hào)Vfb與參考正弦量V s_raf的差值輸入PR控制器后，PR控制器 輸出信號(hào)
[0040] 3)，信號(hào)作為P調(diào)節(jié)器的參考值，將信號(hào)U raf與電流值U fb的差值輸入P調(diào) 節(jié)器，P調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)再經(jīng)限幅處理后作為SPffM調(diào)制波V raf;
[0041] 4)，將V raf與三角載波作比較，得到單相電壓源型逆變器的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，單相 電壓源型逆變器為由反并聯(lián)二極管的第一至第四開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的單相全橋電路。
[0042] 其中，步驟2)中，參考正弦量Vs raf由幅值、頻率以及相位構(gòu)成，其幅值和頻率根據(jù) 設(shè)計(jì)要求直接給定，其相位通過(guò)相位控制算法計(jì)算得到，
[0043] 相位控制算法是基于相量圖而得到，以圖1中單相隔離變壓器初級(jí)線圈電流4為 參考相量畫(huà)出相量圖，LC低通濾波器中濾波電容C兩端電壓超前? 3 90°，單相隔離變 壓器的初級(jí)線圈電流右的相位Θ。由鎖相環(huán)（PLL)所得，化5與單相隔離變壓器的次級(jí)電壓 &的相量和等于關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓4，隔離變壓器的初級(jí)電壓《匕與電的相量和等于非 關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓/3馬。定義$超前毛的角度為s，則參考正弦量vs_w的相位可表示為 Θ 〇+ δ 0
[0044] 采集單相電壓源型逆變器輸出電壓有效值V1，假設(shè)單相隔離變壓器的匝比為η，根 據(jù)公?
汁算出a和b的值；其中，ω = 100 π，L 為所述濾波電感值，C為所述濾波電容值，R3為所述非關(guān)鍵負(fù)載阻值，V s為所述關(guān)鍵負(fù)載電 壓給定值的有效值。再根據(jù)公另
計(jì)算得到S的值，即得到參 考正弦量'+^的相位為θ 0+δ。
[0045] 當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，上述δ增大，電壓閉環(huán)控制使得v_raf幅度減小，幅度因此 減小，故匕幅度增大，具體控制過(guò)程及各相量的關(guān)系可參考圖3,此策略在保證了關(guān)鍵負(fù)載 電壓的穩(wěn)定的同時(shí)將多余的能量傳遞給非關(guān)鍵負(fù)載；當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)的控制過(guò)程相反； 然后結(jié)束本次控制周期的控制流程，等待下一控制周期。
[0046] 本發(fā)明的相位的具體計(jì)算過(guò)程是以相量圖為基礎(chǔ)，如圖3。ES輸出的電壓和電流 是相互垂直的，基于圖3計(jì)算所得的δ不僅包含了電壓電流垂直的信息，同時(shí)也包含關(guān)鍵 負(fù)載電壓跟蹤給定值的信息。本發(fā)明尤其適用于居民區(qū)的小型風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，可以 選取用于小區(qū)供水和供暖的電加熱器等作為典型的非關(guān)鍵性負(fù)載。當(dāng)然，非關(guān)鍵性負(fù)載不 以上述為限，也可以根據(jù)輸入電壓的大小自動(dòng)切換負(fù)載的電動(dòng)汽車充電站、照明系統(tǒng)等，此 類系統(tǒng)允許輸入電壓在較大范圍內(nèi)波動(dòng)。本發(fā)明中有關(guān)ES的控制方法，也可以應(yīng)用到靜止 無(wú)功補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)領(lǐng)域。
[0047] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為 限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán) 利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力彈簧拓?fù)?，其特征在于：包括單相電壓源型逆變器、LC低通濾波器以及單 相隔離變壓器；關(guān)鍵負(fù)載并聯(lián)在新能源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端之間，非關(guān)鍵負(fù)載串聯(lián)單相 隔離變壓器的初級(jí)線圈后并聯(lián)在新能源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端之間，LC低通濾波器的濾波 電容C與單相隔離變壓器的次級(jí)線圈后并聯(lián)在新能源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端之間，LC低 通濾波器的濾波電感L一端連接濾波電容的一端，濾波電感L另一端連接單相電壓源型逆 變器的一個(gè)整流橋橋臂，單相電壓源型逆變器的另一個(gè)整流橋橋臂連接濾波電容C的另一 端，所述單相電壓源型逆變器的直流側(cè)接直流電源，所述新能源發(fā)電單相電網(wǎng)的輸出端與 關(guān)鍵負(fù)載和非關(guān)鍵負(fù)載之間的輸電線具有輸電線路等效電阻R1和輸電線路等效電感L1<32. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力彈簧拓?fù)?，其特征在于：所述直流電源為能量雙向 的交流/直流變換器或蓄電池。3. -種電力彈簧拓?fù)涞目刂品椒?，其特征在于，包括如下步驟： 1) ，采集關(guān)鍵負(fù)載兩端的電壓反饋信號(hào)vs_fb，采集LC低通濾波器中濾波電感L的電流 值itjb; 2) ，將所述電壓反饋信號(hào)Vsfb與參考正弦量Vs_raf的差值輸入PR控制器，輸出信號(hào) ref? 3) ，將所述信號(hào)i^f與所述電流值Ufb的差值輸入P調(diào)節(jié)器，P調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)再經(jīng) 限幅處理后作為SPffM調(diào)制波 4) ，將所述v_raf與三角載波作比較，得到所述單相電壓源型逆變器的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電力彈簧拓?fù)涞目刂品椒?，其特征在于，所述步驟2)中， 參考正弦量vs_raf的相位通過(guò)相位控制算法計(jì)算得到，具體為： a) ，通過(guò)鎖相環(huán)得到所述單相隔離變壓器的初級(jí)線圈電流i3.的相位0。； b) ，以所述單相隔離變壓器的初級(jí)線圈電流4為參考向量，定義所述關(guān)鍵負(fù)載兩端電 壓之超前所述4的角度為8,則得到所述參考正弦量Vs_raf的相位為0。+S; c) ，采集單相電壓源型逆變器輸出電壓有效值V1，假設(shè)單相隔離變壓器的匝比為n，根為所述濾波電感值，C為所述濾波電容值，R3為所述非關(guān)鍵負(fù)載阻值，Vs為所述關(guān)鍵負(fù)載電 壓給定值的有效值；vs_rf^^相位為 9。+ 5。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了電力彈簧的一種新拓?fù)浼捌淇刂品椒?。隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)容量的增加，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，當(dāng)大規(guī)模分布式可再生能源發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)特別是微電網(wǎng)崩潰的可能性逐漸增大。電力彈簧主要是針對(duì)微電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性而提出的。本發(fā)明所提出的一種新的電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，不僅能保證在關(guān)鍵負(fù)載電壓穩(wěn)定的同時(shí)將輸入電壓的波動(dòng)轉(zhuǎn)移到非關(guān)鍵負(fù)載上，還能保證非關(guān)鍵負(fù)載的耗能與輸入電壓的變化趨勢(shì)保持一致。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的這種有功功率與輸入電壓之間的單調(diào)變化關(guān)系是現(xiàn)有電力彈簧無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此，在電壓的幅值隨著發(fā)電功率增加而增加的情況下，本發(fā)明更具實(shí)用性。
【IPC分類】H02J3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105048453
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510413038
【發(fā)明人】程明, 王青松
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日