CN110504693B - 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法 - Google Patents

一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110504693B
CN110504693B CN201910787259.8A CN201910787259A CN110504693B CN 110504693 B CN110504693 B CN 110504693B CN 201910787259 A CN201910787259 A CN 201910787259A CN 110504693 B CN110504693 B CN 110504693B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
power spring
phase
load
signal
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.)
Active
Application number
CN201910787259.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110504693A (zh
Inventor
陈志强
徐仕皓
邹云
徐仔健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201910787259.8A priority Critical patent/CN110504693B/zh
Publication of CN110504693A publication Critical patent/CN110504693A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110504693B publication Critical patent/CN110504693B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，计算关键负载电压滞后电网电压的相角、电力弹簧输出电压滞后电网电压的相角、实时关键负载电压的有效值；计算关键负载电压参考值和实际有效值之间的误差，进行比例积分控制，输出电力弹簧输出电压的幅值；实时检测电网电压信号，并通过锁相环锁定电网电压相位；将锁定的电网电压的相角减去电力弹簧输出电压滞后电网电压的相角，通过sin函数信号发生器生成正弦信号；将电力弹簧输出电压的幅值与正弦信号相乘得到最终的调制波信号，与载波信号比较后生成四路PWM信号，控制功率晶体管IGBT的通断。本发明在非关键负载参数存在测量误差的情况下，仍然能够保证电力弹簧工作于无功补偿模式。

Description

一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子逆变控制技术，具体涉及一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法。
背景技术
风能、太阳能的间歇性和不稳定性，使其发电量难以估计。当可再生能源发电大规模地并入电网时，势必会给电网带来严重影响，造成电网电压波动，影响用户侧负载的正常使用。针对上述问题，香港大学的许树源教授于2012年提出了一种新型的电力电子装置“电力弹簧”，能有效地解决因电网电压波动造成的负载侧电压不稳定的问题。2015年东南大学的程明教授团队在“Steady-State Analysis ofElectric Springs With aNovelδControl”这篇文章中提出了一种依赖于精确的电路网络参数的电力弹簧控制方法，通过测量负载参数、传输线路参数、电网电压，实时计算出电力弹簧无功补偿模式下关键负载电压滞后电网电压的相角δ，通过检测并锁定电网电压相位，并减去计算所得的δ相角，得到关键负载电压参考值，但是这种控制方法依赖于精确的电路网络参数，一旦电路参数出现测量误差，计算的δ相角就会出现误差，无法保证电力弹簧工作于无功补偿模式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，包括如下步骤：
步骤1、计算关键负载电压滞后电网电压相角αe；
步骤2、计算电力弹簧输出电压Ves滞后电网电压的相角β；
步骤3、实时检测关键负载电压并计算出它的有效值；
步骤4、计算关键负载电压设定的参考值和实际有效值之间的误差值e，将误差值e输入到比例积分控制器中，调节比例积分控制器参数，使得关键负载电压有效值跟踪上给定的参考值；
步骤5、实时检测电网电压信号，并通过锁相环锁定电网电压相位，将锁定的电网电压相位与步骤2中计算的β角相减，并将差值通过sin函数信号发生器生成正弦信号；
步骤6、将步骤4中比例积分控制器的输出与步骤5中sin函数信号发生器生成的正弦信号相乘，得到最终的调制波信号；
步骤7、将最终得到的调制波信号与载波信号比较生成4路PWM信号。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明在非关键负载参数存在测量误差的情况下，仍然能够保证电力弹簧工作于无功补偿模式。
附图说明
图1为基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制框图。
图2为电力弹簧应用系统拓扑图。
图3为传统控制方法下的电力弹簧输出电压与非关键负载上的电流的相位图。
图4为本发明控制方法下的电力弹簧输出电压与非关键负载上的电流的相位图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
如图1所示，本发明基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，包括如下步骤：
步骤1、计算非关键负载参数测量存在误差情况下的关键负载电压滞后电网电压相角αe；
Figure BDA0002178463590000021
Figure BDA0002178463590000022
Figure BDA0002178463590000023
其中VG是电网电压；VS是设定的关键负载电压参考值；R1是传输线路电阻；R2是关键负载电阻；θe是当非关键负载阻值测量存在误差情况下的关键负载电压与非关键负载电流向量的夹角；L1是传输线路电感；ω是电网电压频率；
Figure BDA0002178463590000024
为传输线路阻抗角；
Figure BDA0002178463590000025
为关键负载电压滞后于设定的恒定电压VG1的相角；
Figure BDA0002178463590000026
为当非关键负载阻值测量存在误差情况下电网电压超前于设定的恒定电压VG1的相角；R3e为测量有误差下的非关键负载阻值，满足：
R3e＝R3×(1+e1)
其中R3为非关键负载的实际阻值；e1为测量误差，取值为-0.3。
步骤2、计算电力弹簧输出电压Ves滞后电网电压的相角β；
Figure BDA0002178463590000027
其中αe为步骤1中所求得的关键负载电压滞后电网电压相角；θe为当非关键负载阻值测量存在误差情况下的关键负载电压与非关键负载电流向量的夹角；k为系数，满足：
Figure BDA0002178463590000031
其中k为1代表电力弹簧工作于容性模式，k为-1代表电力弹簧工作于感性模式。
步骤3、设定关键负载电压参考值为220V，实时检测关键负载电压并计算出它的有效值；
Vs＝220V
Figure BDA0002178463590000032
其中Vs为关键负载电压设定的参考值；Vs-rms关键负载电压实际有效值；Vs-m为通过传感器测得的关键负载电压幅值。
步骤4、计算关键负载电压设定的参考值和实际有效值之间的误差值e，将误差值e输入到比例积分控制器中，调节比例积分控制器参数，使得关键负载电压有效值跟踪上给定的参考值，比例积分控制器传递函数为：
Figure BDA0002178463590000033
其中s代表传递函数模型；kp为比例系数，取值为0.01；ki为积分系数，取值为0.5，比例控制器的输出m为：
Figure BDA0002178463590000034
其中e为关键负载电压设定的参考值与关键负载电压有效值之间的误差值。
步骤5、实时检测电网电压信号，并通过锁相环锁定电网电压相位，将锁定的电网电压相位与步骤2中计算的β角相减，并将差值通过sin函数信号发生器生成正弦信号；
Figure BDA0002178463590000035
Figure BDA0002178463590000036
其中
Figure BDA0002178463590000037
为电力弹簧输出电压的相位；
Figure BDA0002178463590000038
为通过传感器锁定的电网电压相位；β为步骤2中计算所得的相角；S1为函数信号发生器的输出。
步骤6、将步骤4中比例积分控制器的输出与步骤5中sin函数信号发生器生成的正弦信号相乘，得到最终的调制波信号：
S2＝m×S1
其中S2为最终生成的调制波信号；m为步骤4中比例积分控制器的输出；S1为步骤5中sin函数信号发生器的输出。
步骤7、将最终得到的调制波信号与载波信号比较生成4路PWM信号，控制电力弹簧的输出电压的幅值和相位。
选取频率为10kHz、幅值为1的三角载波，进行双极性调制：
Figure BDA0002178463590000041
Figure BDA0002178463590000042
其中，Ta和Tb分别为单相全桥逆变电路a相和b相IGBT管的导通逻辑，在调制波的正半周期使得Ta＝1，将调制波与载波比较，当调制波大于载波时Tb＝1，调制波小于载波时Tb＝0；在调制波的负半周期使得Ta＝0，将调制波与载波比较，当调制波小于载波时Tb＝0，调制波大于载波时，Tb＝1。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，在MATLAB/Simulink搭建仿真模型，采用离散时间、固定步长的仿真模式进行仿真实验。
采样时间为1e-6s，仿真中采用的元器件参数如表1所示。
表1 仿真元器件参数
Figure BDA0002178463590000043
本发明提出的负载参数扰动下的电力弹簧优化控制方法，与传统的依赖精确的负载参数的控制方法相比，当非关键负载阻值测量存在误差时，采用本发明提出的控制方法，仍然能够保证电力弹簧工作于无功补偿模式，而采用传统的控制方法，不能保证电力弹簧工作于无功补偿模式，如图3和4所示。
综上可以得出如下结论：采用本发明提出的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，在非关键负载参数测量存在误差情况下，仍然能够保证电力弹簧工作于无功补偿模式。

Claims (6)

1.一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，对电力弹簧输出电压的相位和幅值分别进行控制，包括如下步骤：
步骤1、计算关键负载电压滞后电网电压相角αe；
步骤2、计算电力弹簧输出电压Ves滞后电网电压的相角β；
步骤3、实时检测关键负载电压并计算出它的有效值；
步骤4、计算关键负载电压设定的参考值和实际有效值之间的误差值e，将误差值e输入到比例积分控制器中，调节比例积分控制器参数，使得关键负载电压有效值跟踪上给定的参考值；
步骤5、实时检测电网电压信号，并通过锁相环锁定电网电压相位，将锁定的电网电压相位与步骤2中计算的β角相减，并将差值通过sin函数信号发生器生成正弦信号；
步骤6、将步骤4中比例积分控制器的输出与步骤5中sin函数信号发生器生成的正弦信号相乘，得到最终的调制波信号；
步骤7、将最终得到的调制波信号与载波信号比较生成4路PWM信号；
步骤1中，计算关键负载电压滞后电网电压相角αe的方法为：
Figure FDA0003741957570000011
Figure FDA0003741957570000012
Figure FDA0003741957570000013
其中VG是电网电压；VS是设定的关键负载电压参考值；R1是传输线路电阻；R2是关键负载电阻；θe是当非关键负载阻值测量存在误差情况下的关键负载电压与非关键负载电流向量的夹角；L1是传输线路电感；ω是电网电压频率；
Figure FDA0003741957570000014
为传输线路阻抗角；
Figure FDA0003741957570000015
为关键负载电压滞后于设定的恒定电压VG1的相角；
Figure FDA0003741957570000016
为当非关键负载阻值测量存在误差情况下电网电压超前于设定的恒定电压VG1的相角；R3e为测量有误差下的非关键负载阻值，满足：
R3e＝R3×(1+e1)
其中R3为非关键负载的实际阻值；e1为测量误差；
步骤2中，计算电力弹簧输出电压Ves滞后电网电压VG的相角β的方法为：
Figure FDA0003741957570000021
其中αe为步骤1中所求得的关键负载电压滞后电网电压相角；θe为当非关键负载阻值测量存在误差情况下的关键负载电压与非关键负载电流向量的夹角；k为系数，满足：
Figure FDA0003741957570000022
其中k为1代表电力弹簧工作于容性模式，k为-1代表电力弹簧工作于感性模式。
2.根据权利要求1所述的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，步骤3中，计算实时关键负载电压有效值的方法为：
Vs＝220V
Figure FDA0003741957570000023
其中Vs为关键负载电压设定的参考值；Vs-rms为关键负载电压实际有效值；Vs-m为通过传感器测得的关键负载电压幅值。
3.根据权利要求1所述的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，步骤4中，比例积分控制器的传递函数为：
Figure FDA0003741957570000024
其中s代表传递函数模型；kp为比例系数；ki为积分系数，比例控制器的输出m为：
Figure FDA0003741957570000025
其中e为关键负载电压设定的参考值与关键负载电压有效值之间的误差值。
4.根据权利要求1所述的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，步骤5中，计算ES输出电压的相位并通过sin函数信号发生器形成正弦信号为：
Figure FDA0003741957570000026
Figure FDA0003741957570000031
其中
Figure FDA0003741957570000032
为电力弹簧输出电压的相位；
Figure FDA0003741957570000033
为通过传感器锁定的电网电压相位；β为步骤2中计算所得的相角；S1为函数信号发生器的输出。
5.根据权利要求1所述的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，步骤6中，生成最终的调制波信号为：
S2＝m×S1
其中S2为最终生成的调制波信号；m为步骤4中比例积分控制器的输出；S1为步骤5中sin函数信号发生器的输出。
6.根据权利要求1所述的基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法，其特征在于，步骤7中，选取频率为10kHz、幅值为1的三角载波，进行双极性调制：
Figure FDA0003741957570000034
Figure FDA0003741957570000035
其中，Ta和Tb分别为单相全桥逆变电路a相和b相IGBT管的导通逻辑，在调制波的正半周期使得Ta＝1，将调制波与载波比较，当调制波大于载波时Tb＝1，调制波小于载波时Tb＝0；在调制波的负半周期使得Ta＝0，将调制波与载波比较，当调制波小于载波时Tb＝0，调制波大于载波时，Tb＝1。
CN201910787259.8A 2019-08-25 2019-08-25 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法 Active CN110504693B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910787259.8A CN110504693B (zh) 2019-08-25 2019-08-25 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910787259.8A CN110504693B (zh) 2019-08-25 2019-08-25 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110504693A CN110504693A (zh) 2019-11-26
CN110504693B true CN110504693B (zh) 2022-09-13

Family

ID=68589305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910787259.8A Active CN110504693B (zh) 2019-08-25 2019-08-25 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110504693B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600257B (zh) * 2020-12-09 2022-09-20 南京理工大学 基于传输线路电流和关键负载电压补偿的电力弹簧控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713675A (zh) * 2018-12-15 2019-05-03 南京理工大学 基于双闭环的电力弹簧控制方法
CN109901392A (zh) * 2019-03-20 2019-06-18 南京理工大学 一种基于dq谐波检测算法的电力弹簧控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713675A (zh) * 2018-12-15 2019-05-03 南京理工大学 基于双闭环的电力弹簧控制方法
CN109901392A (zh) * 2019-03-20 2019-06-18 南京理工大学 一种基于dq谐波检测算法的电力弹簧控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110504693A (zh) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110768299B (zh) 负荷虚拟同步机的序阻抗建模与稳定性分析方法
CN108154315B (zh) 一种考虑锁相环影响的并网变流器次同步振荡风险分析方法
CN109217371B (zh) 考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统
CN105978373B (zh) 实现微电网稳定的三相逆变器逆推滑模控制方法及系统
Li et al. The $ H_ {\infty} $ Control Method of Grid-Tied Photovoltaic Generation
CN103972922B (zh) 基于改进型准谐振控制加重复控制的光伏并网控制方法
CN103326611A (zh) 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法
CN103840695B (zh) 一种光伏并网逆变器控制参数的辨识方法
CN113285481B (zh) 并网变流器电感参数在线估计方法、预测控制方法及系统
CN105871242A (zh) 单相双向变流器控制系统
Chen et al. Dynamic sliding mode control of active power filter with integral switching gain
CN112688307B (zh) 一种交直流混合微电网控制器及控制方法
CN107005049B (zh) 功率控制器和功率控制方法
CN107611971A (zh) 针对电网电压谐波畸变工况的网侧逆变器谐振全阶滑模控制方法
Zhao et al. Study of photovoltaic three-phase grid-connected inverter based on the grid voltage-oriented control
CN108599547A (zh) 三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法
CN110504693B (zh) 一种基于负载参数测量扰动下的电力弹簧优化控制方法
CN109901392A (zh) 一种基于dq谐波检测算法的电力弹簧控制方法
Hu et al. Research and analysis of PI control strategy based on neural network in power grid
Cai et al. Fuzzy proportional-resonant control strategy for three-phase inverters in islanded micro-grid with nonlinear loads
CN104319758A (zh) 一种柔性直流输电系统全局稳定的指数收敛控制方法
CN105406749B (zh) 并网逆变器并联系统的鲁棒控制器设计方法
Qin et al. Micro-grid droop control strategy and isolated island operation system stability analysis
Le et al. A nonlinear control strategy for UPQC
CN107370402A (zh) 一种基于离散Lyapunov函数的切换控制方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant