CN111682549B - 一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略 - Google Patents

一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，该控制策略所提出的三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略与相位控制相结合，通过建立三相电力弹簧的有限集预测模型，能够在电压波动的场合始终选取最合适的开关状态，从而保证关键负载电压、功率的稳定，使其跟踪给定。同时这种上述控制策略直接利用了变换器的离散特性和开关状态有限的特性，无需综合考虑预测时域、控制时域、各时域目标函数权值系数的配合设计等。本发明所提控制策略将模型预测控制应用于三相电力弹簧，在电网电压波动的场合，能够有效控制关键负载电压，同时直接利用变换器离散特性，避免控制器参数的整定，简单实用。

Description

一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略
技术领域
本发明涉及一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，属于电力电子应用技术领域。
背景技术
根据国际能源署报告，2019年全球碳排放量创下历史新高，这将加剧全球温室效应问题。随着越来越多的国家意识到问题的严峻，许多法律法规已经出台以降低发电过程中的碳排放。以风能和太阳能等为代表的新能源，因其具有低碳，可再生等优点，近年得到了大力发展。但是，由于新能源发电的间歇性与不确定性，并网时会引起电网的不稳定。同时，新能源发电的分散性跟间歇性的特点，导致电网的总的发电量变得不可预测，以往的用电量决定发电量的运行方式亟待改变，未来智能电网的运行方式应当是用电量跟随发电量动态调节。
基于上述问题，电力弹簧(Electric Spring，ES)的概念及其具体装置于2012年问世。作为一种新兴的技术，ES不仅能够应对新能源大面积地接入电网后容易引起各种各样的电能质量问题，还能够实现负载需求跟随发电量。ES根据电力系统中的用电负荷按照对电能质量的要求，将负载分为两类，一类是对电能质量要求比较高的关键负载(CriticalLoad,CL)；另一类是对电能质量要求相对较低的非关键负载(Non-Critical Load,NCL)。目前，单相ES的研究已经比较成熟，三相ES的研究相对于单相ES来说还较少，对于三相ES的研究主要集中于解决三相系统不平衡方面。而在三相系统中，三相ES也能够发挥重要的作用，特别是新能源发电并网领域，能够保障并网电能质量的稳定以及关键负载的正常运行。
发明内容
发明目的：针对现有的电力弹簧的知识以及技术，提出一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，该系统能够实现对于关键负载电压的控制，保证关键负载的正常运行。
发明内容：
一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，所述三相电力弹簧包括三相电压源型逆变器、LC低通滤波器、双向直流电源Vdc、三相隔离变压器、三相关键负载、三相非关键负载；所述三相电压源型逆变器的直流侧接一组由两个所述双向直流电源Vdc串联而成的直流源；所述三相电压源型逆变器交流侧每一相输出连接LC低通滤波器后，再通过三相隔离变压器与每一相非关键负载串联，同时与每一相关键负载并联。
所述预测控制策略包括以下环节：
1)建立三相电力弹簧预测模型，具体包含：
三相电力弹簧预测电压模型：
vESi(k+1)＝m4vESi(k)+m5iLi(k)+m6viN+m7iL1i(k)+m8vGi(k)
Figure BDA0002512672470000021
式中，i代表A，B，C三相中任一相，vESi(k+1)代表k+1时刻i相的三相电力弹簧电压预测值，vESi(k)代表k时刻i相的三相电力弹簧电压值，iLi(k)代表k时刻i相的三相电压源型逆变器交流侧电感电流值，iL1i(k)代表k时刻i相的三相电网电压侧输入电流值，vGi(k)代表k时刻i相的三相电网电压值，TS代表采样周期，L1i代表i相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电感值，R1i代表i相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电阻值，Ci代表i相LC低通滤波器的滤波电容值，Li代表i相LC低通滤波器的滤波电感值，RNCi代表i相非关键负载电阻值，RCi代表i相关键负载电阻值；
三相网侧输入电流的预测模型：
Figure BDA0002512672470000022
Figure BDA0002512672470000023
Figure BDA0002512672470000024
式中，iL1i(k+1)代表k+1时刻i相的三相电网电压侧输入电流的预测值；
三相关键负载电压预测模型：
Figure BDA0002512672470000025
式中，vCi(k+1)代表k+1时刻i相的关键负载电压预测值；
2)对三相电网电压侧输入电流、三相电压源型逆变器交流侧电感电流、三相电网电压以及三相电力弹簧电压进行采样；
3)将2)中采样得到的三相电网电压侧输入电流值iL1A、iL1B、iL1C，三相电压源型逆变器交流侧电感电流值iLA、iLB、iLC，三相电网电压值vGA、vGB、vGC和三相电力弹簧电压值vESA、vESB、vESC，输入1)中的三相电力弹簧预测模型中，得到三相电力弹簧电压的预测值、三相网侧输入电流的预测值以及三相关键负载电压预测值；
4)根据3)中得到的三相关键负载电压预测值以及设定的三相关键负载电压的给定值，依据目标函数选取最优的开关序列，从而控制关键负载电压分别跟踪三相关键负载电压的给定值，其中目标函数J确定如下：
J＝|vCA(k+1)-vCAref|+|vCB(k+1)-vCBref|+|vCC(k+1)-vCCref|
式中，vCAref、vCBref、vCCref分别代表A、B、C相的关键负载电压给定值；
最优的开关序列的确定规则如下：
开关序列{SA，SB，SC}共有8种组合，即{0，0，0}，{0，0，1}，{0，1，1}，{0，1，0}，{1，0，0}，{1，0，1}，{1，1，0}，{1，1，1}；
在每一个开关周期TS内，根据开关序列的8种组合确定8组不同的三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值，之后通过三相电力弹簧预测模型得到8组不同的三相关键负载电压预测值，最后使得目标函数J最小的那一组三相关键负载电压预测值所对应的开关序列组合即为最优开关序列。
进一步，三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值的表达式为：
Figure BDA0002512672470000031
Figure BDA0002512672470000032
Figure BDA0002512672470000033
式中，viN代表i相三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值，Vdc代表逆变器直流侧直流母线电压值。
进一步，开关序列{SA，SB，SC}具体的确定规则如下：
Figure BDA0002512672470000034
Figure BDA0002512672470000035
Figure BDA0002512672470000041
其中，S11为三相电压源型逆变器对应A相的桥臂的上开关管，S13为三相电压源型逆变器对应B相的桥臂的上开关管，S15为三相电压源型逆变器对应C相的桥臂的上开关管，S14为三相电压源型逆变器对应A相的桥臂的下开关管，S16为三相电压源型逆变器对应B相的桥臂的下开关管，S12为三相电压源型逆变器对应C相的桥臂的下开关管；0和1分别代表开关管的关断和开通。
有益效果：
本发明所提出的三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略与相位控制相结合，通过建立三相电力弹簧的有限集预测模型，能够在电压波动的场合始终选取最合适的开关状态，从而保证关键负载电压、功率的稳定，使其跟踪给定。同时这种上述控制策略直接利用了变换器的离散特性和开关状态有限的特性，无需综合考虑预测时域、控制时域、各时域目标函数权值系数的配合设计等。本发明所提控制策略将模型预测控制应用于三相电力弹簧，在电网电压波动的场合，能够有效控制关键负载电压，同时直接利用变换器离散特性，避免控制器参数的整定，简单实用。
附图说明
图1是本发明的一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略所适用的三相电力弹簧的电路拓扑结构图；
图2是一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略框图；
图3是0-0.6s时三相电网电压波形；
图4是0-0.6s时三相关键负载电压波形；
图5是0-0.6s时三相关键负载电压有效值波形；
图6是0-0.6s时三相关键负载电压给定波形对比实际波形；
图中的各标号定义如下：
1.1为三相电网的电源输出，1.2为输电线路等效线路阻抗，1.3为关键负载负载，1.4为三相四线制系统中线，1.5为三相隔离变压器副边绕组，1.6为非关键负载，1.7为直流电源，1.8为三相隔离变压器原边及逆变器LC低通滤波器，1.9为三相电压源型逆变器；
2.1为k时刻三相电网电压侧输入电流值，2.2为k时刻三相电压源型逆变器输出侧电感电流值，2.3为k时刻三相电网电压值，2.4为k时刻三相电力弹簧电压值，2.5为8个开关序列组合值，2.6为k+1时刻三相关键负载电压预测值，2.7为三相关键负载电压给定值，2.8为最优开关序列值。
具体实施方式
下面结合附图做更进一步的解释：
如图1所示，一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略适用的三相电力弹簧拓扑，包括三相电压源型逆变器、LC低通滤波器、直流电源、三相隔离变压器、三相关键负载、三相非关键负载。三相电压源型逆变器的直流侧接一组由两个直流电源串联而成的直流源；三相电压源型逆变器每一相的正输出连接一个LC低通滤波器的滤波电感L一端，每个滤波电感L的另一端连接一个滤波电容C的一端及三相隔离变压器的一相原边绕组的同名端，滤波电容C的另一端与原边绕组的非同名端相连。三相隔离变压器原边绕组的非同名端连接于一点并与直流源的中点相连；三相隔离变压器的每项副边绕组在分别与一相非关键负载串联之后再与一相关键负载并联。三相新能源发电系统的每相电源输出端连接有一相关键负载，三相新能源发电系统的电源输出端到三相隔离变压器的副边绕组之间的输电线具有输电线路等效电阻和等效电感。
如图2所示，一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，包括如下步骤：
1)建立三相电力弹簧预测模型，具体包含三相电力弹簧电压的预测模型vESA(k+1)、vESB(k+1)、vESC(k+1)，三相网侧输入电流的预测模型iL1A(k+1)、iL1B(k+1)、iL1C(k+1)以及三相关键负载电压预测模型vCA(k+1)、vCB(k+1)、vCC(k+1)；
2)对三相网侧输入电流iL1A、iL1B、iL1C，逆变器交流侧电感电流iLA、iLB、iLC，三相电网电压vGA、vGB、vGC以及三相电力弹簧电压vESA、vESB、vESC进行采样；
3)将2)中采样得到的三相电网电压侧输入电流值iL1A、iL1B、iL1C，三相电压源型逆变器交流侧电感电流值iLA、iLB、iLC，三相电网电压值vGA、vGB、vGC和三相电力弹簧电压值vESA、vESB、vESC，全部输入1)中的有限集预测模型中，首先能够得到三相电力弹簧电压的预测值vESA(k+1)、vESB(k+1)、vESC(k+1)，进而能得到三相网侧输入电流的预测值iL1A(k+1)、iL1B(k+1)、iL1C(k+1)，最终可以得到三相关键负载电压预测值vCA(k+1)、vCB(k+1)、vCC(k+1)；
4)根据3)中得到的三相关键负载电压预测值vCA(k+1)、vCB(k+1)、vCC(k+1)以及自由设定的三相关键负载电压的给定值vCAref、vCBref、vCCref，便能够依据目标函数J选取最优的开关序列{SA，SB，SC}，从而能够有效控制关键负载电压vCA、vCB、vCC分别跟踪给定值vCAref、vCBref、vCCref。
其中，步骤1)中的有限集预测模型建立如下：
11)每一相的关键负载ZCi(i＝A，B，C)与每一相的非关键负载ZNCi(i＝A，B，C)均为纯阻性负载，则关键负载ZCi(i＝A，B，C)可以简化为RCi(i＝A，B，C)，非关键负载ZNCi(i＝A，B，C)可以简化为RNCi(i＝A，B，C)。从而可以得到，每一相的电力弹簧预测电压模型为：
vESi(k+1)＝m4vESi(k)+m5iLi(k)+m6viN+m7iL1i(k)+m8vGi(k) (4)
Figure BDA0002512672470000061
式中，i代表A，B，C三相中任一相，vESi(k+1)代表k+1时刻i(i＝A，B，C)相的三相电力弹簧电压预测值，vESi(k)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的三相电力弹簧电压值，iLi(k)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的三相电压源型逆变器交流侧电感电流值，iL1i(k)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的三相电网电压侧输入电流值，vGi(k)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的三相电网电压值，TS代表采样周期，L1i代表i(i＝A，B，C)相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电感值，R1i代表i(i＝A，B，C)相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电阻值，Ci代表i(i＝A，B，C)相LC低通滤波器的滤波电容值，Li代表i(i＝A，B，C)相LC低通滤波器的滤波电感值，RNCi代表i(i＝A，B，C)相非关键负载电阻值，RCi代表i(i＝A，B，C)相关键负载电阻值，viN代表i(i＝A，B，C)相三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值，vAN、vBN和vCN确定方式如下：
Figure BDA0002512672470000062
Figure BDA0002512672470000063
Figure BDA0002512672470000064
式中，Vdc代表逆变器直流侧直流母线电压值，SA，SB，SC代表开关序列。
12)根据式(4)求得k+1时刻i相的电力弹簧电压预测值后，可以进一步求得每一相的网侧输入电流的预测模型为：
Figure BDA0002512672470000071
Figure BDA0002512672470000072
Figure BDA0002512672470000073
式中，i代表A，B，C三相中任一相，TS为采样周期，vESi(k+1)代表k+1时刻i(i＝A，B，C)相的三相电力弹簧电压预测值，iL1i(k+1)代表k+1时刻i(i＝A，B，C)相的三相电网电压侧输入电流的预测值，vGi(k)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的三相电网电压值，L1i代表i(i＝A，B，C)相三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电感值，R1i代表i(i＝A，B，C)相三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电阻值，Ci代表i(i＝A，B，C)相LC低通滤波器的滤波电容值，Li代表i(i＝A，B，C)相LC低通滤波器的滤波电感值，RNCi代表i(i＝A，B，C)相非关键负载电阻值，RCi代表i(i＝A，B，C)相关键负载电阻值。
13)根据式(4)、(9)得到的每一相的电力弹簧电压预测模型与网侧输入电流预测模型后，可以最终求得关键负载电压预测模型：
Figure BDA0002512672470000074
式中，i代表A，B，C三相中任一相，vCi(k+1)代表k+1时刻i(i＝A，B，C)相的关键负载电压预测值，vESi(k+1)代表k+1时刻i(i＝A，B，C)相的三相电力弹簧电压预测值，iL1i(k+1)代表k时刻i(i＝A，B，C)相的网侧输入电流的预测值，RNCi代表i(i＝A，B，C)相非关键负载电阻值，RCi代表i(i＝A，B，C)相关键负载电阻值。
步骤3)中确定最优开关序列{SA，SB，SC}的过程如下：
31)在每一个开关周期TS内，开关序列{SA，SB，SC}共有8种组合，即{0，0，0}，{0，0，1}，{0，1，1}，{0，1，0}，{1，0，0}，{1，0，1}，{1，1，0}，{1，1，1}。根据上述8种开关序列组合以及式(6)、(7)、(8)，能够确定8组不同的{vAN，vBN，vCN}。
32)然后，通过式(4)、(9)、(12)，能够得到8组不同的{vCA(k+1)，vCB(k+1)，vCC(k+1)}。
33)最后，将8组不同的{vCA(k+1)，vCB(k+1)，vCC(k+1)}和自由设定的三相关键负载电压的给定值vCAref、vCBref、vCCref代入目标函数J中进行比较，能使得目标函数J最小的那一组{vCA(k+1)，vCB(k+1)，vCC(k+1)}所对应的{SA，SB，SC}即为最优开关序列。
实施例
在MATLAB/Simulink中对于该系统进行仿真，仿真时将三相变压器是为理想变压器，匝比取1：1；三相电压源型逆变器的直流侧电压为400V；LC低通滤波器中滤波电感L、滤波电容C的取值分别为3mH和50μF；输电线路阻抗用2.4mH电感和0.1Ω电阻串联等效；三相电力弹簧电压参考值始终设定为220V/50Hz；三相电压源型逆变器中的开关频率设定为10kHz。
如图3所示，仿真时三相电网相电压初始有效值为215V；在0.2s使得电网相电压突增，其有效值为230V；在0.4s时继续突增，其有效值为270V。
如图4、5、6所示，当三相电网电压不断变化以及三相电力弹簧电压给定有效值始终为220V时，关键负载电压的有效值始终能够稳定在220V左右，并且始终与给定的关键负载电压波形重合，此处的关键负载电压的相位由相位控制算法计算后得出。
上述方法仅为该发明的一种较为合理的实现方式，本发明的保护范围并不以上述实施方法为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所做的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，其特征在于，所述三相电力弹簧包括三相电压源型逆变器、LC低通滤波器、双向直流电源Vdc、三相隔离变压器、三相关键负载、三相非关键负载；所述三相电压源型逆变器的直流侧接一组由两个所述双向直流电源Vdc串联而成的直流源；所述三相电压源型逆变器交流侧每一相输出连接LC低通滤波器后，再通过三相隔离变压器与每一相非关键负载串联，同时与每一相关键负载并联；
所述预测控制策略包括以下环节：
1)建立三相电力弹簧预测模型，具体包含：
三相电力弹簧预测电压模型：
vESi(k+1)＝m4vESi(k)+m5iLi(k)+m6viN+m7iL1i(k)+m8vGi(k)
Figure FDA0003531977650000011
式中，i代表A，B，C三相中任一相，vESi(k+1)代表k+1时刻i相的三相电力弹簧电压预测值，vESi(k)代表k时刻i相的三相电力弹簧电压值，iLi(k)代表k时刻i相的三相电压源型逆变器交流侧电感电流值，iL1i(k)代表k时刻i相的三相电网电压侧输入电流值，vGi(k)代表k时刻i相的三相电网电压值，TS代表采样周期，L1i代表i相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电感值，R1i代表i相的三相电网输出端到隔离变压器的副边绕组之间的输电线路等效电阻值，Ci代表i相LC低通滤波器的滤波电容值，Li代表i相LC低通滤波器的滤波电感值，RNCi代表i相非关键负载电阻值，RCi代表i相关键负载电阻值；viN代表i相三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值；
三相网侧输入电流的预测模型：
Figure FDA0003531977650000021
Figure FDA0003531977650000022
Figure FDA0003531977650000023
式中，iL1i(k+1)代表k+1时刻i相的三相电网电压侧输入电流的预测值；
三相关键负载电压预测模型：
Figure FDA0003531977650000024
式中，vCi(k+1)代表k+1时刻i相的关键负载电压预测值；
2)对三相电网电压侧输入电流、三相电压源型逆变器交流侧电感电流、三相电网电压以及三相电力弹簧电压进行采样；
3)将2)中采样得到的三相电网电压侧输入电流值iL1A、iL1B、iL1C，三相电压源型逆变器交流侧电感电流值iLA、iLB、iLC，三相电网电压值vGA、vGB、vGC和三相电力弹簧电压值vESA、vESB、vESC，输入1)中的三相电力弹簧预测模型中，得到三相电力弹簧电压的预测值、三相网侧输入电流的预测值以及三相关键负载电压预测值；
4)根据3)中得到的三相关键负载电压预测值以及设定的三相关键负载电压的给定值，依据目标函数选取最优的开关序列，从而控制关键负载电压分别跟踪三相关键负载电压的给定值，其中目标函数J确定如下：
J＝|vCA(k+1)-vCAref|+|vCB(k+1)-vCBref|+|vCC(k+1)-vCCref|
式中，vCAref、vCBref、vCCref分别代表A、B、C相的关键负载电压给定值；
最优的开关序列的确定规则如下：
开关序列{SA，SB，SC}共有8种组合，即{0，0，0}，{0，0，1}，{0，1，1}，{0，1，0}，{1，0，0}，{1，0，1}，{1，1，0}，{1，1，1}；
在每一个采样周期TS内，根据开关序列的8种组合确定8组不同的三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值，之后通过三相电力弹簧预测模型得到8组不同的三相关键负载电压预测值，最后使得目标函数J最小的那一组三相关键负载电压预测值所对应的开关序列组合即为最优开关序列。
2.如权利要求1所述的一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，其特征在于，三相电压源型逆变器输出相对中性点电压值的表达式为：
Figure FDA0003531977650000031
Figure FDA0003531977650000032
Figure FDA0003531977650000033
式中，Vdc代表逆变器直流侧直流母线电压值。
3.根据权利要求1所述的一种三相电力弹簧的有限集模型预测控制策略，其特征在于，开关序列{SA，SB，SC}具体的确定规则如下：
Figure FDA0003531977650000034
Figure FDA0003531977650000035
Figure FDA0003531977650000036
其中，S11为三相电压源型逆变器对应A相的桥臂的上开关管，S13为三相电压源型逆变器对应B相的桥臂的上开关管，S15为三相电压源型逆变器对应C相的桥臂的上开关管，S14为三相电压源型逆变器对应A相的桥臂的下开关管，S16为三相电压源型逆变器对应B相的桥臂的下开关管，S12为三相电压源型逆变器对应C相的桥臂的下开关管；0和1分别代表开关管的关断和开通。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112436520B (zh) * 2020-11-27 2023-11-17 上海电力大学 一种交流电力弹簧反馈线性化解耦控制方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010077158A1 (en) * 2008-12-29 2010-07-08 Albuquerque Jose Manuel Braga Gomes Wave energy converter and the 3-phase mechanic method
CN104953584A (zh) * 2015-07-14 2015-09-30 东南大学 一种三端隔离型电力弹簧拓扑结构及其控制方法
CN105048453A (zh) * 2015-07-14 2015-11-11 东南大学 一种新型电力弹簧拓扑及其控制方法
CN105474496A (zh) * 2013-07-09 2016-04-06 香港大学 自适应ac和/或dc电源
CN106257789A (zh) * 2016-08-09 2016-12-28 东南大学 一种三相电力弹簧拓扑及其相位控制方法
CN106786612A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 南京师范大学 一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法
CN107171587A (zh) * 2017-06-09 2017-09-15 南京航空航天大学 一种适用于逆变器的改进型有限集模型预测控制方法
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
CN108879783A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 广东电网有限责任公司 一种电力弹簧能源消纳系统
CN110137971A (zh) * 2019-05-10 2019-08-16 上海电力学院 一种三相交流电力弹簧的电压平稳控制方法
CN110994670A (zh) * 2019-11-13 2020-04-10 东南大学 一种基于单相电流源型PWM整流器和dq解耦的电力弹簧系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010077158A1 (en) * 2008-12-29 2010-07-08 Albuquerque Jose Manuel Braga Gomes Wave energy converter and the 3-phase mechanic method
CN105474496A (zh) * 2013-07-09 2016-04-06 香港大学 自适应ac和/或dc电源
CN104953584A (zh) * 2015-07-14 2015-09-30 东南大学 一种三端隔离型电力弹簧拓扑结构及其控制方法
CN105048453A (zh) * 2015-07-14 2015-11-11 东南大学 一种新型电力弹簧拓扑及其控制方法
CN106257789A (zh) * 2016-08-09 2016-12-28 东南大学 一种三相电力弹簧拓扑及其相位控制方法
CN106786612A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 南京师范大学 一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法
CN107171587A (zh) * 2017-06-09 2017-09-15 南京航空航天大学 一种适用于逆变器的改进型有限集模型预测控制方法
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
CN108879783A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 广东电网有限责任公司 一种电力弹簧能源消纳系统
CN110137971A (zh) * 2019-05-10 2019-08-16 上海电力学院 一种三相交流电力弹簧的电压平稳控制方法
CN110994670A (zh) * 2019-11-13 2020-04-10 东南大学 一种基于单相电流源型PWM整流器和dq解耦的电力弹簧系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Control of Three-Phase Electric Springs Used in Microgrids under Ideal and Non-Ideal Conditions;Qingsong Wang et al.;《IEEE》;20161231;第2247-2252页 *
Model Predictive Control of Three-Phase Electric Springs with Multiple Control Functions and Fixed Switching Frequency;Mohamed Holiel et al.;《IEEE》;20200227;第1139-1144页 *
电力弹簧理论分析与控制器设计;程明 等;《中国电机工程学报》;20150520;第35卷(第10期);第2436-2444页 *
计及系统线路阻抗的电力弹簧电压电流同时补偿控制策略;尹发根 等;《电网技术》;20200131;第44卷(第1期);第282-290页 *

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