電線路等效電阻和輸電線路等 效電感。其中，直流電源可以為蓄電池或能量雙向的交流/直流變換器，其提供的電壓應(yīng)大 于220萬V。
[0035] 如圖2所示，三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用電壓閉環(huán)控制，包括如下步驟：
[0036] 1)，采集關(guān)鍵負(fù)載兩端的電壓反饋信號vsfb;
[0037] 2)，將vs fb與給定到PR控制器的參考正弦量v S Mf作差后送入PR控制器進(jìn)行PR 調(diào)節(jié)，PR控制器的輸出經(jīng)限幅后作為SPWM調(diào)制波其中，v 3>的幅值和頻率根據(jù)設(shè)計(jì) 要求直接給定，vs_Mf的相位是通過相位控制算法計(jì)算得到。
[0038] 相位控制算法是基于相量圖而得到，以單相三端口隔離變壓器的原邊繞組電流/ 3 為參考相量畫出相量圖，如圖3所示；LC低通濾波器中濾波電容C兩端電壓:^s超前電流/3 相角90°，〗^與單相三端口隔離變壓器的非關(guān)鍵負(fù)載電壓匕的相量和等于關(guān)鍵負(fù)載兩端 電壓&。通過相位控制算法計(jì)算得到v s_raf的相位具體步驟為：
[0039] a)，通過鎖相環(huán)得到新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓匕的相位0。
[0040]b)，以單相三端口隔離變壓器原邊繞組的電流/3為參考相量，定義匕超前關(guān)鍵負(fù) 載兩端電壓匕的角度為s，則得到 Vs 的相位為（0 f S );
[0041] C)，采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓有效值Vin，根據(jù)式（1)計(jì)算出a和b的值：
[0042]
其中
A為輸電線路等效電阻值、U 輸電線路等效電感值、R2為關(guān)鍵負(fù)載阻值、R3為非關(guān)鍵負(fù)載阻值、V sS關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓給 定的有效值；
[0044] d)，首先根據(jù)式（2)計(jì)算出0值，然后根據(jù)0以及式（3)計(jì)算得到M直，最終得 到vs_rrf的相位（9 0_ 8 )的值：
[0045]
[0046]
[0047] 3)，將v #與三角載波比較，得到單相電壓源型逆變器的第一至第四開關(guān)管的驅(qū) 動信號。需要說明的是，控制方法中的參數(shù)《、夂約、％、0、％均為計(jì)算中間變 量。
[0048] 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S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。當(dāng)新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓大 于參考值時(shí)，上述9值增大，&,幅度增大，&幅度減小，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)新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓低于參考值時(shí)的 過程剛好相反。
[0049] 為了分析方便，仿真時(shí)將隔離變壓器視為理想變壓器；單相電壓源型逆變器的直 流側(cè)電壓為480V ;LC低通濾波器中L、C參數(shù)值分別為3mH和50uF ;關(guān)鍵負(fù)載&選取純電 阻2000 D，用101. 4D的純電阻代替非關(guān)鍵負(fù)載Z3，輸電線及線路損耗用4D和84. ImH的 串聯(lián)組合等效，新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓參考值為220V/50HZ，逆變器中開關(guān)頻率為5kHz。 仿真結(jié)果如圖4所示，0至0. 2s是新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓小于參考值時(shí)的情形，ES電流 超前ES電壓90°，這說明ES工作于容性模式；0. 2s至0. 4s是新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓等 于參考值時(shí)的情形，ES電壓幾乎為0,非關(guān)鍵負(fù)載電壓幾乎等于關(guān)鍵負(fù)載電壓，此時(shí)ES工作 于阻性模式；0. 4s至0. 6s是新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓大于參考值時(shí)的情形，ES電流滯后 ES電壓90°，ES工作于感性模式。從圖4的第二通道可以看出，不管輸入電壓如何變化， 關(guān)鍵負(fù)載電壓有效值都被穩(wěn)定在220V。
[0050] 如圖5所示，新能源發(fā)電系統(tǒng)通過三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與單相電網(wǎng)并網(wǎng) 時(shí)，單相不控整流橋的輸入端并聯(lián)在關(guān)鍵負(fù)載的兩端，電容器連接在單相不控整流橋的輸 出端，單相并網(wǎng)逆變器的輸入端并聯(lián)在電容器的兩端，單相并網(wǎng)逆變器的輸入端輸出端經(jīng) 低通濾波器與單相電網(wǎng)連接。
[0051] 如圖6所示，新能源發(fā)電系統(tǒng)與單相電網(wǎng)并網(wǎng)的控制步驟具體為：將并網(wǎng)電流L 與參考電流i e_,ef比較后經(jīng)過PR控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，PR控制器的輸出再經(jīng)過限幅控制得到信 號，此信號與三角載波比較后的輸出用于控制單相并網(wǎng)逆變器中開關(guān)管S 21和S 24，再將 控制S21和S 24的信號取反后再加上適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，即可用于控制S 22和S 23。
[0052] 并網(wǎng)控制的仿真參數(shù)同上述仿真，在確定電路中關(guān)鍵負(fù)載值Z2和并網(wǎng)電流I 時(shí)， 需保證圖5中關(guān)鍵負(fù)載Z2的有功功率與并網(wǎng)功率之和等于圖1中關(guān)鍵負(fù)載Z2的有功功率。
[0053] 從圖7可看出在0.6s之前用戶家中關(guān)鍵負(fù)載的耗能為550W，同時(shí)輸入到單相電網(wǎng) 的有功功率也為550W。在0. 6s時(shí)模擬用戶發(fā)出指令：切斷家里所有的關(guān)鍵負(fù)載，同時(shí)將此 部分能量送入單相電網(wǎng)。從仿真結(jié)果可以看出，〇.6s過后，并網(wǎng)電流從5A變成了 10A，所有 關(guān)鍵負(fù)載的耗能變?yōu)椹?而此部分有功功率加上之前輸入到電網(wǎng)的有功功率共1100W都完 全輸入到電網(wǎng)中。注意到：在整個(gè)過程中，電力彈簧都工作在感性狀態(tài)下，沒有消耗有功功 率。這說明，電力彈簧就像個(gè)監(jiān)督者一樣，實(shí)現(xiàn)這用電量和發(fā)電量的自動平衡。在保證了系 統(tǒng)有功功率恒定的情況下，將多余的電能轉(zhuǎn)移給了非關(guān)鍵負(fù)載。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：包括單相電壓源型逆變器、LC低 通濾波器、單相三端口隔離變壓器；所述單相三端口隔離變壓器的變比為1 : 1 : 1，所述 單相電壓源型逆變器的直流側(cè)接直流電源，所述單相電壓源型逆變器的正輸出端連接LC 低通濾波器的濾波電感L 一端，濾波電感L的另一端同時(shí)連接濾波電容C的一端以及單相 三端口隔離變壓器的副邊第一繞組的同名端，濾波電容C的另一端同時(shí)連接單相電壓源型 逆變器的負(fù)輸出端以及非關(guān)鍵負(fù)載的正輸入端，非關(guān)鍵負(fù)載的負(fù)輸入端連接單相三端口隔 離變壓器的副邊第一繞組的非同名端，關(guān)鍵負(fù)載并聯(lián)在單相三端口隔離變壓器的副邊第二 繞組的兩端，隔離變壓器的原邊繞組的同名端連接新能源發(fā)電系統(tǒng)的電源正輸出端，隔離 變壓器的原邊繞組的非同名端連接新能源發(fā)電系統(tǒng)的電源負(fù)輸出端，所述新能源發(fā)電系統(tǒng) 的電源輸出端到隔離變壓器的原邊繞組之間的輸電線具有輸電線路等效電阻和輸電線路 等效電感。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：所述直流 電源為蓄電池或能量雙向的交流/直流變換器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于：還包括單 相不控整流橋、電容器、單相并網(wǎng)逆變器、低通濾波器以及單相電網(wǎng)，所述單相不控整流橋 的輸入端并聯(lián)在關(guān)鍵負(fù)載的兩端，電容器連接在單相不控整流橋的輸出端，單相并網(wǎng)逆變 器的輸入端并聯(lián)在電容器的兩端，單相并網(wǎng)逆變器的輸入端輸出端經(jīng)低通濾波器與單相電 網(wǎng)連接。4. 如權(quán)利要求1所述三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，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vs_fb; 2) ，將所述vs fb與給定到PR控制器的參考正弦量v s ,ef作差后送入PR控制器進(jìn)行PR 調(diào)節(jié)，PR控制器的輸出經(jīng)限幅后作為SPWM調(diào)制波v_Mf;其中，所述v S Mf的幅值和頻率根據(jù) 設(shè)計(jì)要求直接給定，所述vs_Mf的相位是通過相位控制算法計(jì)算得到；通過相位控制算法計(jì) 算得到所述v s_Mf的相位具體步驟為： a) ，通過鎖相環(huán)得到新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓匕的相位0 ^ b) ，以所述單相三端口隔離變壓器原邊繞組的電流j3為參考相量，定義所述匕超前關(guān) 鍵負(fù)載兩端電壓&的角度為8,則得到所述VsMf的相位為（0 ^6); c) ，采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓有效值Vin，根據(jù)式（1)計(jì)算出a和b的值：其中，納和％ = w = 100 "、札為所述輸電線路等效電阻值、 U所述輸電線路等效電感值、R 2為所述關(guān)鍵負(fù)載阻值、R 3為所述非關(guān)鍵負(fù)載阻值、V s為所述 關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓給定的有效值； d)，首先根據(jù)式（2)計(jì)算出0值，然后根據(jù)所述0以及式（3)計(jì)算得到S值，最終得 到所述vs 的相位（0。_ S )的值：3)，將所述v_Mf與三角載波比較，得到所述單相電壓源型逆變器的第一至第四開關(guān)管 的驅(qū)動信號。5.如權(quán)利要求5所述三端隔離型電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于：還包括 所述新能源發(fā)電系統(tǒng)與單相電網(wǎng)并網(wǎng)的控制步驟，具體為：將并網(wǎng)電流ie與參考電流i 比較后經(jīng)過PR控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述PR控制器的輸出再經(jīng)過限幅控制得到信號，將所 述信號v。。_與三角載波比較后的輸出控制所述單相并網(wǎng)逆變器的開關(guān)管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三端隔離型電力彈簧拓?fù)浼捌淇刂品椒?，可以將電網(wǎng)、關(guān)鍵負(fù)載和非關(guān)鍵負(fù)載三者有效隔離，對電力彈簧在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用提供了安全保證、起到了關(guān)鍵的促進(jìn)作用。并將該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)中，特別適用于居民區(qū)的小型風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)?？蓮脑搭^上解決由于新能源的間隙性對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生的波動性影響。本發(fā)明不僅能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有拓?fù)淇梢詫⑤斎腚妷旱牟▌愚D(zhuǎn)移到非關(guān)鍵負(fù)載上，還可幫助普通用戶自主分配關(guān)鍵負(fù)載的電能，在滿足自身用電需求的同時(shí)將多余的電量輸送給電網(wǎng)。
【IPC分類】H02J3/38, H02J3/04, H02J3/00
【公開號】CN104953584
【申請?zhí)枴緾N201510411690
【發(fā)明人】程明, 王青松
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月14日