CN109861237A - 一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 - Google Patents
一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109861237A CN109861237A CN201910094382.1A CN201910094382A CN109861237A CN 109861237 A CN109861237 A CN 109861237A CN 201910094382 A CN201910094382 A CN 201910094382A CN 109861237 A CN109861237 A CN 109861237A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric power
- power spring
- voltage
- control
- critical loads
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000007665 sagging Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 20
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- MOJZMWJRUKIQGL-XILRTYJMSA-N procyanidin C1 Chemical compound C1([C@@H]2[C@H](O)[C@H](C3=C(O)C=C(O)C=C3O2)C2=C3O[C@@H]([C@H](O)[C@H](C3=C(O)C=C2O)C=2C(O)=CC(O)=C3C[C@H]([C@H](OC3=2)C=2C=C(O)C(O)=CC=2)O)C=2C=C(O)C(O)=CC=2)=CC=C(O)C(O)=C1 MOJZMWJRUKIQGL-XILRTYJMSA-N 0.000 claims description 3
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019640 taste Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及其控制方法，所述控制系统包括发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、非关键负载ZNC、关键负载ZC、以及至少一个单相电力弹簧系统；所述发电输出电压源vG与线路电阻R1和线路电感L1串联后连接到公共连接点(PCC)，关键负载ZC的一端接PCC，另一端接地，所述单相电力弹簧与非关键负载ZNC串联组成智能负载(SL)，SL一端接PCC，另一端接地。利用系统连接点的无功功率乘以一定的下垂系数动态地修改每个电力弹簧的电压给定值，通过修正后的不同给定值实现各个电力弹簧的协调运行。利用本发明可以有效解决多个电力弹簧的协调运行问题，维持医院、信息中心等诸如此类关键负载电压的稳定，提高其电能质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法，属于电力电子在电力系统中的应用领域。
背景技术
电力弹簧装置(electric spring)，简称ES，是一种应用于电力系统中的电力电子装置，颠覆了电力系统中用电需求决定发电量的传统思路，旨在实现用电量可随着发电量的变化而变化，能有效缓解太阳能、风能等新能源发电的间歇性和不稳定性的问题，能有效维持PCC点电压的稳定。但是，当微电网系统中包含多个电力弹簧分布时，由于线路压降的存在，多个电力弹簧的电压无法同时达到同一给定值(例如：220V)，此时可能会导致某一个或多个电力弹簧运行在最大功率输出点，影响系统的安全运行，本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是上述问题一直没有得到妥善解决。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法，该方案能有效解决上述多个电力弹簧的电压给定问题，初级控制利用一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，内环为电流环，外环为电压外环和频率外环，实现电压和频率的控制；次级控制为下垂控制，利用系统的无功功率乘以下垂特性修正系统的PCC电压的给定，频率环的给定则可由系统工频(例如：50Hz)确定，使整个系统工作在安全模式下。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统，其特征在于，所述控制系统包括发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、非关键负载ZNC、关键负载ZC、以及至少一个单相电力弹簧系统；所述发电输出电压源vG与线路电阻R1和线路电感L1串联后连接到公共连接点(PCC)，关键负载ZC的一端接PCC，另一端接地，所述单相电力弹簧与非关键负载ZNC串联组成智能负载(SL)，SL一端接PCC，另一端接地。
作为本发明的一种改进，所述单相电力弹簧系统，所述单相电力弹簧系统包括双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器和旁路开关S；所述旁路开关S控制电力弹簧的投切；所述单相电压源型逆变器模块为H桥结构，由四个IGBT组合而成，分别为S11、S12、S13和S14，H桥中点引出交流输出AB端；所述逆变器模块的交流侧A端连接LC低通滤波器中L的一端；所述L的另一端与电容C的一端相连，还与关键负载ZC的一端相连；所述电容C的另一端与PCC相连，还与所述逆变器模块的交流侧的B端相连。所述单相电力弹簧系统为第二代单相电力弹簧系统，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电；进一步的，逆变器模块的直流侧电压也可由蓄电池获得，该电压应大于400V。
一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，所述控制方法包括以下步骤：合理给定多个电力弹簧参考电压值，一个控制周期包括如下步骤：
1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，计算输入到电力弹簧的有功功率P和无功功率Q，将电压信号vC经单相锁相环获得相位信息以及频率信息；
2)电力弹簧的参考电压给定由无功功率乘以下垂系数a修正整个系统的同一参考给定值vref，a取值小于1/Qmax，Qmax为逆变器无功容量最大值，获得修正后的单个电力弹簧参考电压给定值v*ref，具体如图2中次级控制所示；
3)电压外环和频率外环控制，其中将所采集的频率信号以及电压信号vC分别与给定的频率fref以及给定的电压有效值v*ref作比较，两个差值分别经过第一组外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref；
4)电流内环控制，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流经变换得到的d,q轴电流id、iq后送入第二组内环偏差控制器；
5)电流内环解耦控制，其中第二组内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限幅后作为SPWM的调制波v_ref；
6)将步骤5)所得v_ref与三角载波比较，得到所述单相电压源型逆变器模块的开关管的驱动信号。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案整体无需通信，修正每个电力弹簧的给定；该控制方法通过引入每个节点的注入无功功率修正每个节点处电力弹簧的参考电压给定，无需加入通讯环节，即可实现多个电力弹簧的协调运行；2)该技术方案可以保证关键负载电压的稳定，该控制方法可以维持新能源并网时关键负载电压的稳定，初级控制利用一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，内环为电流环，外环为电压外环和频率外环，实现电压和频率的控制。PCC电压给定皆在220V左右，上下不超过1V波动；次级控制为下垂控制，利用系统的无功功率乘以下垂特性修正系统的PCC电压的给定，频率环的给定则可由系统工频，例如：50Hz确定，次级控制实现多个电力弹簧的协调控制；3)该方案的应用系统所需储能单元更少；传统的储能装置在遇到大幅度的功率波动时，其所需要的储能单元也必须相应增大，而本系统所用的电力弹簧装置所采用的电压控制能瞬时转移功率的波动，从控制的角度提出了一种解决方案，因此所需的储能电池容量相对较小；4)该技术方案实用性高、应用前景广泛，本发明重点解决新能源并网所带来的电压和功率波动问题，同时提高了系统的动态性能，可促进新能源发电的推广应用，且系统简单可靠，有很高的实用价值和应用前景。
附图说明
图1是本发明包含3个电力弹簧微电网系统结构示意图；
图2为本发明单个电力弹簧微电网系统协调控制框图；
图3是本发明的电力弹簧拓扑结构示意图；
图4是本发明的系统PCC电压统一给定在220V，各个电力弹簧的最终给定值经次级控制调整为三个不同的值。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统，如图1所示，微电网中沿输电线路分布三个电力弹簧；如图3所示，电力弹簧的典型应用系统包含传统发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、关键负载ZC、非关键负载ZNC、一个单相电力弹簧系统；所述单相电力弹簧系统为第二代单相电力弹簧系统包含双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切。所述单相电压源型逆变器模块为H桥结构，由四个IGBT组合而成，分别为S11、S12、S13和S14，H桥中点引出交流输出AB端；所述逆变器模块的交流侧A端连接LC低通滤波器中L的一端；所述L的另一端与电容C的一端相连，还与关键负载ZC的一端相连；所述电容C的另一端与PCC相连，还与所述逆变器模块的交流侧的B端相连，所述单相电力弹簧系统为第二代单相电力弹簧系统，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电；进一步的，逆变器模块的直流侧电压也可由蓄电池获得，该电压应大于400V。
实施例2：参见图1-图4，本发明提出一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，初级控制利用一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，内环为电流环，外环为电压外环和频率外环，实现电压和频率的控制；次级控制为下垂控制，利用系统的无功功率乘以下垂特性修正系统的PCC电压的给定，频率环的给定则可由系统工频(例如：50Hz)确定。
为了分析方便，仿真时将关键负载和非关键负载等效为一个纯电阻。其中，逆变电路的直流侧电压为400V；LC滤波参数分别为2.5mH和26μF；关键负载ZC选取纯电阻80Ω，非关键负载40Ω的纯电阻ZNC代替，输电线及线路损耗分别用0.2Ω和5mH、0.1Ω和2mH、0.1Ω和2mH的串联组合等效，电网电压频率为50Hz，取逆变器中开关频率为10kHz。
一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，合理给定多个电力弹簧参考电压值，一个控制周期包括如下步骤：
1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，计算输入到电力弹簧的有功功率P和无功功率Q，将电压信号vC经单相锁相环获得相位信息以及频率信息；
2)电力弹簧的参考电压给定由无功功率乘以下垂系数a修正整个系统的同一参考给定值vref，获得修正后的单个电力弹簧参考电压给定值v*ref；
3)电压外环和频率外环控制，其中将所采集的频率信号以及电压信号vC分别与给定的频率fref以及给定的电压有效值v*ref作比较，两个差值分别经过第一组外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref；
4)电流内环控制，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流经变换得到的d,q轴电流id、iq后送入第二组内环偏差控制器；
5)电流内环解耦控制，其中第二组内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限幅后作为SPWM的调制波v_ref；
6)将所述v_ref与三角载波比较，得到所述单相电压源型逆变器模块的开关管的驱动信号。
本发明的控制方法涉及到的一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，初级控制利用一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，内环为电流环，外环为电压外环和频率外环，实现电压和频率的控制；次级控制为下垂控制，利用系统的无功功率乘以下垂特性修正系统的PCC电压的给定，频率环的给定则可由系统工频(例如：50Hz)确定。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (6)
1.一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统，其特征在于，所述控制系统包括发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、非关键负载ZNC、关键负载ZC、以及至少一个单相电力弹簧系统；所述发电输出电压源vG与线路电阻R1和线路电感L1串联后连接到公共连接点即PCC，关键负载ZC的一端接PCC，另一端接地，所述单相电力弹簧与非关键负载ZNC串联组成智能负载即SL，SL一端接PCC，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统，其特征在于，所述单相电力弹簧系统包括双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器和旁路开关S；所述旁路开关S控制电力弹簧的投切；所述单相电压源型逆变器模块为H桥结构，由四个IGBT组合而成，分别为S11、S12、S13和S14，H桥中点引出交流输出AB端；所述逆变器模块的交流侧A端连接LC低通滤波器中L的一端；所述L的另一端与电容C的一端相连，还与关键负载ZC的一端相连；所述电容C的另一端与PCC相连，还与所述逆变器模块的交流侧的B端相连。
3.一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，同时计算输入到电力弹簧的有功功率P和无功功率Q，将电压信号vC经单相锁相环获得相位信息以及频率信息；
2)电力弹簧的参考电压给定由无功功率乘以下垂系数a修正整个系统的同一参考给定值vref，a的绝对值小于1/Qmax，Qmax为逆变器无功容量最大值，获得修正后的单个电力弹簧参考电压给定值v*ref，具体如图2中次级控制所示；
3)电压外环和频率外环控制，
4)电流内环控制，
5)电流内环解耦控制，
6)将步骤5)所得v_ref与三角载波比较，得到所述单相电压源型逆变器模块的开关管的驱动信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，其特征在于，所述步骤3)电压外环和频率外环控制，具体如下，其中将所采集的频率信号以及电压信号vC分别与给定的频率fref以及给定的电压有效值v*ref作比较，两个差值分别经过第一组外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref。
5.根据权利要求3所述的一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，其特征在于，所述步骤4)电流内环控制，具体如下，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流经变换得到的d,q轴电流id、iq后送入第二组内环偏差控制器。
6.根据权利要求5所述的一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制方法，其特征在于，所述步骤5)电流内环解耦控制，具体如下，其中第二组内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限幅后作为SPWM的调制波v_ref。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910094382.1A CN109861237A (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910094382.1A CN109861237A (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109861237A true CN109861237A (zh) | 2019-06-07 |
Family
ID=66896924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910094382.1A Pending CN109861237A (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109861237A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110474317A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-19 | 上海电力大学 | 一种多直流电力弹簧下垂控制方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107591837A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-16 | 南京理工大学 | 一种基于下垂控制的电力弹簧参与微电网稳定控制的方法 |
| CN108599191A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-09-28 | 东南大学 | 一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法 |
-
2019
- 2019-01-30 CN CN201910094382.1A patent/CN109861237A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107591837A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-16 | 南京理工大学 | 一种基于下垂控制的电力弹簧参与微电网稳定控制的方法 |
| CN108599191A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-09-28 | 东南大学 | 一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110474317A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-19 | 上海电力大学 | 一种多直流电力弹簧下垂控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220166343A1 (en) | Solid-state transformer having uninterrupted operation ability under ac/dc fault and control method thereof | |
| CN106981865B (zh) | 一种直流微电网双向ac/dc变换器并联系统控制方法 | |
| CN102611108A (zh) | 三电平三相四线有源电力滤波器及其控制方法 | |
| CN110611435B (zh) | 一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构 | |
| CN104953625B (zh) | 一种基于二次电压控制的微电网中分布式电源无功功率分配方法 | |
| CN106410839A (zh) | 基于有功无功电流协调控制的光伏并网逆变器控制方法 | |
| CN106300435A (zh) | 孤立微网单相多逆变器并联系统及其分布式控制方法 | |
| CN107465192A (zh) | 混合微网的变功率控制与直流电压控制方法 | |
| CN109713726A (zh) | 用于阻抗源逆变器孤岛和并网双模式运行的自适应模型预测控制方法 | |
| Lu et al. | A distributed feedforward control method for power electronic transformers | |
| CN106921170B (zh) | 一种多变流器型三相不平衡负荷综合调节系统结构及控制策略 | |
| CN106849103A (zh) | 基于直流调制的无变压器式单相动态电压补偿器 | |
| Farhadi-Kangarlu et al. | Performance improvement of single-phase transformerless grid-connected PV inverters regarding common-mode voltage (CMV) and LVRT | |
| CN110061504A (zh) | 一种基于准比例谐振复合控制的从电源功率控制方法 | |
| CN109861237A (zh) | 一种基于下垂特性的多个电力弹簧协调控制系统及控制方法 | |
| Kanase et al. | Distribution static compensator for power quality improvement using PV array | |
| Chen et al. | Improved control strategy of grid connected inverter without phase locked loop on PCC voltage disturbance | |
| Li et al. | DC voltage utilization improvement to enlarge power balance constraint range for photovoltaic cascaded inverter | |
| CN112117784B (zh) | 虚拟变压器的运行控制方法 | |
| CN114069633A (zh) | 一种含高频隔离型背靠背变换器的混合型智能配电变压器 | |
| CN109687477B (zh) | 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法 | |
| Ahmed et al. | Optimum selection of state feedback variables PWM inverters control | |
| CN106230297A (zh) | 一种多功能智能双向换流器 | |
| Preetha et al. | Power quality enhancement using Distributed Generation inverters with active power control | |
| Chatterjee et al. | A comparison of conventional, direct-output-voltage and Fuzzy-PI control strategies for D-STATCOM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190607 |