基于二端口阻抗模型的ES越限失效机理分析与控制方法

电力弹簧对大量可再生能源发电并网引起的电压波动具有抑制作用,但是其只能在一个确定的系统电压波动范围内工作,当系统电压波动较大时,电力弹簧则面临着越限失效的风险。针对此问题文章首先分析了电力弹簧的稳态运行范围以及越限失效的机理,其次分析了关键负载目标电压值的变化对电力弹簧运行范围的影响,并基于电力弹簧的二端口阻抗模型,提出了一种系统电压越限后关键负载目标电压计算方法,该方法通过优化系统电压越限后关键负载的目标电压,有效地扩大了电力弹簧的运行范围。最后搭建了三相电力弹簧的仿真模型,详细的仿真结果验证了所提方法在电力弹簧越限处理上的正确性。     

背靠背型电力弹簧分段控制方法研究

背靠背型电力弹簧作为一种负载侧调压的装置，具有无需储能元件、成本低廉的优势，然而现有的控制方法没有充分利用它的运行域。以背靠背型电力弹簧为研究对象，建立了背靠背型电力弹簧多重工作点的数学模型。将电力弹簧的运行域分为了四个部分，并根据各运行域的特点提出相应的分段控制策略。分段控制增大了背靠背型电力弹簧的运行范围，使关键负载在系统电压波动时仍然可以在额定电压下运行，保证了系统的稳定性。通过PSCAD/EMTDC的仿真，证明了所提出的分段控制可以充分利用背靠背型电力弹簧的稳态工作点。     

基于电力弹簧的微电网分布式发电协同控制

针对微电网运行时的电压和频率波动问题,建立了基于电力弹簧的分布式发电协同控制方法,以保证微电网的稳定运行。首先,基于电力弹簧的基本原理建立功率控制模型,利用电力弹簧的相位和幅值同时可控的特点,分析电力弹簧的四象限特性;在此基础上,设计了电力弹簧有功/无功协同控制方法,基于离散一致性算法,提出一种电力弹簧接入微电网的分布式发电协同控制策略;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了微电网中发生电压突变、分布式发电功率突变以及负载功率突变3种情况下该控制策略的有效性,对比分析有无电力弹簧接入下系统电压和频率波动情况。实验证明:电力弹簧可以通过同时进行有功/无功补偿来有效解决微电网中分布式电源和负载变化引起的电压、频率波动,保证微电网的稳定运行。     

含有电力弹簧的主动配电网优化运行

电力弹簧作为一种新型负荷侧调节设备,与具有宽电压范围的非关键负载串联形成智能负载,自动调节用电量与发电量匹配,以实现配电网运行优化。研究了含有电力弹簧的主动配电网最优潮流模型,提出了一种基于果蝇优化算法的智能负载优化方法,松弛法被用于推导最优潮流的二阶锥规划公式。结果表明,智能负载的主动调节可以优化配电网电压水平,降低有功网损,降低配电网的运行成本。所提多目标优化模型在一个改进的IEEE-33节点模型中求解,仿真结果验证了其正确性和有效性。     

用于分布式电压调控的AC-AC型主动电力弹簧

电力弹簧(electric spring,ES)作为一种电能质量优化装置,对关键负载与非关键负载进行区分使得电力弹簧在对关键负载进行保护时,非关键负载无法运行在其额定电压下,而且其调压能力受到线路参数的限制。针对传统ES在实际电网中工作时的被动性,文中提出一种基于双极性直接式AC-AC变换器的主动电力弹簧(AC-AC based active electric spring,AC-AES)实现分布式调压。AC-AES不再对关键负载与非关键负载进行区分,对用户负载进行统一控制,从而使其调压变得主动。最后,通过仿真和实验分别验证所提装置通过调节电压调控负载功率的可行性,以及在波动电网中稳定负载电压的能力。     

基于AFSA的新型电力弹簧多目标电能质量优化控制

电力弹簧（electric spring, ES）作为需求侧响应的一种新技术已经成为电力行业研究的热点。为充分发掘ES潜力,文章提出基于人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm, AFSA）的新型ES多目标电能质量优化控制策略,实现关键负载（critical load, CL）的电压、系统频率和非关键负载（non-critical load, NCL）功率因数的优化。首先提出一种新型背靠背型电力弹簧（back-to-back electric spring, B2B-ES）拓扑结构,实现负载侧供电侧功率双向流动稳定NCL电压范围。其次提出加权平均视觉范围和自适应拥挤度因子的改进AFSA,设计多目标优化函数提取负载侧NCL的电压值和系统频率等本地信息优化ES的控制信号,通过在线调整电力弹簧的补偿功率改善系统电能质量。经仿真验证,文章所提优化控制策略能够克服现有ES控制方法目标单一、实时性差的缺点,实现多目标电能质量实时优化。     

电气弹簧双环解耦控制及有效运行范围研究

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。     

串并联补偿式不间断电源四象限360°运行机理分析

串并联补偿式不间断电源(UPS)作为一种新型UPS,由两个双向背靠背变换器实现功率流控制和四象限360运行。基于网侧与负载侧功率平衡的原则,首先分析电网电压波动时串并联补偿式UPS的功率流动机理,通过双向背靠背变换器工作在整流状态或逆变状态调节不足或多余的能量,同时实现网侧单位功率因数和稳定的正弦输出电压;其次分析不同性质负载条件下四象限360运行的机理,得出阻性、容性和感性负载时的相量图,进而得出补偿式UPS运行区域状态图,并确定串并联补偿式UPS带载运行的角度范围;最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

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EI北大核心CSCD

针对现有电力弹簧(electric spring,ES)在缓解线路电流不对称、减少中性线电流的控制中存在忽略系统线路阻抗和关键性负载电压无法保持稳定的不足,首先对计及线路阻抗的三相负载不对称系统进行分析,获得中性线电流与ES各相输出电压之间的关系。然后利用果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm,FOA),根据网侧电压计算出使中性线电流幅值最小的ES最优参考输出电压。ES则通过控制器调节其实际输出电压,对关键性负载电压和线路电流同时进行补偿。最后,通过仿真验证了三相电力弹簧在所提策略控制下能够减少线路电流不平衡并保持关键性负载的电压稳定。     

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

针对现有电力弹簧(electric spring,ES)在缓解线路电流不对称、减少中性线电流的控制中存在忽略系统线路阻抗和关键性负载电压无法保持稳定的不足,首先对计及线路阻抗的三相负载不对称系统进行分析,获得中性线电流与ES各相输出电压之间的关系。然后利用果蝇优化算法(fruitfly optimization algorithm,FOA),根据网侧电压计算出使中性线电流幅值最小的ES最优参考输出电压。ES则通过控制器调节其实际输出电压,对关键性负载电压和线路电流同时进行补偿。最后,通过仿真验证了三相电力弹簧在所提策略控制下能够减少线路电流不平衡并保持关键性负载的电压稳定。     

基于无功补偿的电力弹簧有效运行范围分析

为了确保电力弹簧(Electric Spring, ES)工作在有效运行范围内,实现关键性负载电压稳定及电力供需平衡,结合相量图法对纯无功补偿的ES运行原理进行分析,获得了ES的有效运行范围,探讨了线路阻抗等参数对该范围的影响。针对现有扩大ES有效运行范围的方法需要引入有功补偿的情况,提出一种自适应调整关键性负载电压目标值的算法,仅需通过无功补偿就可以扩大ES的有效运行范围。详细分析了调整步长对网侧电压有效运行轨迹的影响。最后,通过在Simulink中建立仿真模型验证了分析结果及所提算法的正确性。     

计及感应电动机负荷的电力系统在线电压稳定指标

在任意时间断面上可以从某一负荷母线向系统看进去，将整个系统等值为一个电压源经输电线路向所研究的负荷母线供电的两节点系统，在此基础上计及动态感应电动机负荷，提出了负荷母线在线小干扰电压稳定指标。利用实时等值得到的系统等值电势和阻抗，经过简单的计算，可以得到被监测负荷母线的电压稳定指标。将系统中所有负荷母线的最小指标值作为该系统的电压稳定指标，该最小值所对应的母线为系统中的最薄弱母线。系统电压稳定指标与临界值0之间的距离反映了系统的电压稳定裕度。EPRI-36系统的数值仿真结果验证了该指标的有效性和准确性。所提出的指标克服了以往在线应用中基于潮流模型指标的不准确性问题，计算量小，适合于电力系统在线电压稳定分析与监测。     

不同负载条件下DICM Cuk PFC变换器稳定性分析

重点分析了系统负载变化时,不连续电感电流模式Cuk功率因数校正PFC（power factor correction）变换器稳定性的变化情况。在变换器工作特性的基础上,根据谐波平衡法和Floquet理论分析,研究结果表明：当负载电阻变小时,即系统由轻载到重载变化时,系统发生了工频频率上的倍周期分岔。给出了系统发生倍周期分岔时的电阻,以及在输出电感、输入电压产生改变时和负载电阻共同构成的系统不稳定与稳定的边界区域图,基于输入电感电流-输出电压的相轨图和输出电压的谐波分析谱,更好地观察到系统的动力学行为。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

基于电力弹簧的可再生能源供电系统电压平稳控制方法

针对电力弹簧(Electric Spring,ES)系统多变量、强非线性的特性和传统线性PI控制稳定域窄、鲁棒性不强的问题,为提高关键负载(Critical Load,CL)电能质量并保证ES安全稳定运行,提出一种基于微分平滑理论的非线性控制(Flatness-Based Control,FBC)方法。建立三相ES(Three Phase Electric Spring,TPES)动态数学模型,计算为稳定CL电压TPES所需注入的电压参考值幅值;引入微分平滑理论,验证TPES系统为微分平滑系统,设计基于TPES的微分平滑非线性控制器,实现可再生能源供电系统电压平稳控制和TPES的安全平稳运行;最后,基于Matlab/simulink的仿真结果验证了文中所提微分平滑非线性控制方法具有动态响应快、稳定性高、鲁棒性强的特点。     

环网配电网络电压暂降分析的临界比距法

基于临界距离法原理,提出馈线临界比距的概念,针对几种环网配电网络,讨论了馈线临界比距的计算方法,根据馈线临界比距的数值可分析各出线故障对公共连接点 (point of common coupling,PCC)电压暂降的影响程度以及快速确定导致PCC点严重电压暂降的输电线路。与临界距离法相比,临界比距法避免了临界距离超出线路长度的情况,在确定电压暂降暴露域时物理概念更加清晰。估算结果与实际测量结果的比较证明了该方法的有效性。     

高耗能企业电压偏低原因分析及改进措施

随着大工业用户的持续增长,电力系统的负荷也大幅增加,给电网电压调整、功率因数及线损管理带来了新的挑战。在对低电压形成的可能原因进行理论分析的基础上,对某高负荷、供电电压偏低的35 kV供电系统进行潮流仿真分析,通过修正线路参数得到精确仿真模型,定量分析各节点的电压降落情况。仿真结果表明,即使用户功率因数不小于0.95,负荷高峰时段仍有可能产生较大的电压降落及线损。提出以线路补偿为主辅以用户就地补偿的补偿方式,通过线路无功补偿优化算法确定线路无功补偿的最小容量,并进行仿真。仿真结果表明,该方法能够在提升供电电压合格率的同时,有效降低线损。     

控制电容参数对DCVM Cuk PFC稳定性的影响

对控制电容参数的改变导致不连续电容电压模式Cuk功率因数校正变换器存在的慢尺度分岔现象进行了研究。基于谐波平衡法和Floquet理论对系统进行分析,研究结果表明:减小控制电容,系统由稳定发生倍周期分岔继而进入混沌,在分岔过程中系统模态没有改变,这与主电路电容引起混沌时电路存在多种模态无规律切换显著不同。并给出了输入电压和负载分别变化时,控制电容的临界稳定值。最后,通过电路实验验证了理论分析的正确性。