本發(fā)明涉及新能源發(fā)電并網(wǎng)及變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法。

背景技術(shù)：

能源和環(huán)境問題是如今社會面臨的主要問題之一，用清潔新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源將是必然發(fā)展趨勢。風(fēng)能和太陽能作為眾多新能源中潛力最大、最有開發(fā)價(jià)值的能源，由于其資源豐富、污染小等優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)與利用正受到人們高度重視。近年來，利用風(fēng)能或太陽能作為一次能源進(jìn)行發(fā)電的分布式發(fā)電技術(shù)逐漸開始被引入到電力系統(tǒng)中，但由于太陽能與風(fēng)能都存在著隨機(jī)性、間歇性、能量波動大等特點(diǎn)，含有分布式發(fā)電的電力系統(tǒng)電壓和頻率都將受到較大影響。

為解決上述問題，一種用以穩(wěn)定電網(wǎng)電壓和頻率的新的電力電子裝置，即電力彈簧被提出。然而，現(xiàn)有的電力彈簧在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都是與非關(guān)鍵負(fù)載一對一串聯(lián)構(gòu)成智能負(fù)載投入使用，這種應(yīng)用方式調(diào)節(jié)能力有限且成本較高。為了能夠與非關(guān)鍵負(fù)載一對多串聯(lián)構(gòu)成智能負(fù)載，需要電力彈簧具備自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，以達(dá)到在部分非關(guān)鍵負(fù)載接入或退出后仍然能有效調(diào)節(jié)電壓和頻率，滿足穩(wěn)定性的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法，能夠使電力彈簧有能力同時(shí)與多個(gè)非關(guān)鍵負(fù)載串聯(lián)，提高調(diào)節(jié)能力的同時(shí)減小投資成本。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法，包括如下步驟：

步驟1)，測取實(shí)時(shí)母線電壓，將其和預(yù)設(shè)的電壓參考值作差；

步驟2)，將實(shí)時(shí)母線電壓和預(yù)設(shè)的電壓參考值之間的電壓差值送入調(diào)壓PI；

步驟3)，對經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)壓增益；

步驟3.1)，獲取電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值；

步驟3.2)，將電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值送入延時(shí)元件，得到電力彈簧輸出電流的延時(shí)值；

步驟3.3)，根據(jù)電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值和延時(shí)值得到輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)；

步驟3.4)，將預(yù)設(shè)的調(diào)壓PI后置增益累乘輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)，得到實(shí)時(shí)的調(diào)壓PI后置增益；

步驟3.5)，將經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值乘以實(shí)時(shí)的調(diào)壓PI后置增益；

步驟4)，對經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)壓增益的電壓差值取絕對值、限幅，得到調(diào)制參數(shù)m_v；

步驟5)，將m_v與電力彈簧逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘得到調(diào)壓調(diào)制波的幅值；

步驟6)，將經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值輸入符號函數(shù)后乘以π/2，然后加上電力彈簧輸出電流的相位值得到調(diào)壓調(diào)制波的相位值；

步驟7)，測取實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率，將其與預(yù)設(shè)的頻率參考值作差；

步驟8)，將實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率和預(yù)設(shè)的頻率參考值之間的頻率差值送入調(diào)頻PI；

步驟9)，對經(jīng)過調(diào)頻PI后的頻率差值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)頻增益；

步驟9.1)，獲取電力彈簧輸出電流和輸出電壓的實(shí)時(shí)值，將電力彈簧的輸出電壓除以其輸出電流得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值；

步驟9.2)，將非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值送入延時(shí)元件，得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的延時(shí)值；

步驟9.3)，根據(jù)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值和延時(shí)值得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比；

步驟9.4)，將預(yù)設(shè)的調(diào)頻PI后置增益累乘非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比，得到實(shí)時(shí)的調(diào)頻PI后置增益；

步驟9.5)，將經(jīng)過調(diào)頻PI后的頻率差值乘以實(shí)時(shí)的調(diào)頻PI后置增益；

步驟10)，對經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)頻增益的頻率差值取絕對值、限幅，得到調(diào)制參數(shù)m_f；

步驟11)，將m_f與電力彈簧逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘得到調(diào)頻調(diào)制波的幅值；

步驟12)，將經(jīng)過調(diào)頻PI的頻率差值輸入符號函數(shù)后乘以π/2，然后加上π/2，接著再加上電力彈簧輸出電流的相位值，得到調(diào)頻調(diào)制波的相位值；

步驟13)，將上述得到的調(diào)壓調(diào)制波加上上述得到的調(diào)頻調(diào)制波得到綜合調(diào)制波；

步驟14)，利用綜合調(diào)制波控制電力彈簧中的PWM逆變器，使之產(chǎn)生相應(yīng)的等幅脈沖。

作為本發(fā)明一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟3)采用以下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)壓增益：

其中，kv(t^-)為t時(shí)刻前的瞬時(shí)調(diào)壓PI后置增益；kv(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)調(diào)壓PI后置增益；為t時(shí)刻前的電力彈簧瞬時(shí)輸出電流；為t時(shí)刻的電力彈簧瞬時(shí)輸出電流。

作為本發(fā)明一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟9)采用以下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)頻增益：

其中，kf(t^-)為t時(shí)刻前的瞬時(shí)調(diào)頻PI后置增益；kf(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)調(diào)頻PI后置增益；為t時(shí)刻前的瞬時(shí)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模；為t時(shí)刻的瞬時(shí)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

為了使電力彈簧能夠與多個(gè)非關(guān)鍵負(fù)載同時(shí)串聯(lián)，本發(fā)明通過輸出電壓反饋和輸出電流反饋動態(tài)調(diào)節(jié)控制回路中的PI后置增益，使在部分非關(guān)鍵負(fù)載投入或退出后電力彈簧仍能有效調(diào)節(jié)電壓和頻率。通過仿真實(shí)例驗(yàn)證，該方法能夠使電力彈簧具備自適應(yīng)能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中自適應(yīng)調(diào)壓控制回路示意圖；

圖3為圖1中自適應(yīng)調(diào)頻控制回路示意圖；

圖4為圖2與圖3中自適應(yīng)調(diào)壓/調(diào)頻增益示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法，包括如下步驟：

步驟1)，測取實(shí)時(shí)母線電壓，將其和預(yù)設(shè)的電壓參考值作差；

步驟2)，將實(shí)時(shí)母線電壓和預(yù)設(shè)的電壓參考值之間的電壓差值送入調(diào)壓PI；

步驟3)，對經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)壓增益；

步驟3.1)，獲取電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值；

步驟3.2)，將電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值送入延時(shí)元件，得到電力彈簧輸出電流的延時(shí)值；

步驟3.3)，根據(jù)電力彈簧輸出電流的實(shí)時(shí)值和延時(shí)值得到輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)；

步驟3.4)，將預(yù)設(shè)的調(diào)壓PI后置增益累乘輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)，得到實(shí)時(shí)的調(diào)壓PI后置增益；

步驟3.5)，將經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值乘以實(shí)時(shí)的調(diào)壓PI后置增益；

步驟4)，對經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)壓增益的電壓差值取絕對值、限幅，得到調(diào)制參數(shù)m_v；

步驟5)，將m_v與電力彈簧逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘得到調(diào)壓調(diào)制波的幅值；

步驟6)，將經(jīng)過調(diào)壓PI后的電壓差值輸入符號函數(shù)后乘以π/2，然后加上電力彈簧輸出電流的相位值得到調(diào)壓調(diào)制波的相位值；

步驟7)，測取實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率，將其與預(yù)設(shè)的頻率參考值作差；

步驟8)，將實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率和預(yù)設(shè)的頻率參考值之間的頻率差值送入調(diào)頻PI；

步驟9)，對經(jīng)過調(diào)頻PI后的頻率差值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)頻增益；

步驟9.1)，獲取電力彈簧輸出電流和輸出電壓的實(shí)時(shí)值，將電力彈簧的輸出電壓除以其輸出電流得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值；

步驟9.2)，將非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值送入延時(shí)元件，得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的延時(shí)值；

步驟9.3)，根據(jù)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模的實(shí)時(shí)值和延時(shí)值得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比；

步驟9.4)，將預(yù)設(shè)的調(diào)頻PI后置增益累乘非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比，得到實(shí)時(shí)的調(diào)頻PI后置增益；

步驟9.5)，將經(jīng)過調(diào)頻PI后的頻率差值乘以實(shí)時(shí)的調(diào)頻PI后置增益；

步驟10)，對經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)頻增益的頻率差值取絕對值、限幅，得到調(diào)制參數(shù)m_f；

步驟11)，將m_f與電力彈簧逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘得到調(diào)頻調(diào)制波的幅值；

步驟12)，將經(jīng)過調(diào)頻PI的頻率差值輸入符號函數(shù)后乘以π/2，然后加上π/2，接著再加上電力彈簧輸出電流的相位值，得到調(diào)頻調(diào)制波的相位值；

步驟13)，將上述得到的調(diào)壓調(diào)制波加上上述得到的調(diào)頻調(diào)制波得到綜合調(diào)制波；

步驟14)，利用綜合調(diào)制波控制電力彈簧中的PWM逆變器，使之產(chǎn)生相應(yīng)的等幅脈沖。

等幅脈沖經(jīng)過低通濾波器濾波后得到與綜合調(diào)制波相符的電力彈簧電壓。電力彈簧與對電壓波動有較寬承受范圍的非關(guān)鍵負(fù)載串聯(lián)，通過犧牲非關(guān)鍵負(fù)載的電壓質(zhì)量達(dá)到穩(wěn)定母線電壓和系統(tǒng)頻率的作用，自適應(yīng)能力使在非關(guān)鍵負(fù)載變動的情況下電力彈簧仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

所述步驟3)采用以下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)壓增益：

其中，kv(t^-)為t時(shí)刻前的瞬時(shí)調(diào)壓PI后置增益；kv(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)調(diào)壓PI后置增益；為t時(shí)刻前的電力彈簧瞬時(shí)輸出電流；為t時(shí)刻的電力彈簧瞬時(shí)輸出電流。

所述步驟9)采用以下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)頻增益：

其中，kf(t^-)為t時(shí)刻前的瞬時(shí)調(diào)頻PI后置增益；kf(t)為t時(shí)刻的瞬時(shí)調(diào)頻PI后置增益；為t時(shí)刻前的瞬時(shí)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模；為t時(shí)刻的瞬時(shí)非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓與頻率的電力彈簧控制方法的具體實(shí)施例，將電力彈簧與非關(guān)鍵負(fù)載組串聯(lián)構(gòu)成智能負(fù)載支路，自適應(yīng)調(diào)壓控制回路根據(jù)實(shí)時(shí)母線電壓偏差值計(jì)算得到調(diào)壓調(diào)制波自適應(yīng)調(diào)頻控制回路根據(jù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率偏差值計(jì)算得到調(diào)頻調(diào)制波調(diào)壓調(diào)制波和調(diào)頻調(diào)制波的矢量和作為PWM逆變器的綜合調(diào)制波，PWM逆變器的輸出電壓經(jīng)過濾波電容和濾波電感組成的低通濾波電路后得到頻率近似工頻的電力彈簧電壓這種實(shí)施例主要應(yīng)用于含有分布式電源的供電回路中。

如圖2所示，自適應(yīng)調(diào)壓控制回路中，實(shí)時(shí)母線電壓均方根值V_S與參考值V_S-REF相減得到的偏差量先后經(jīng)過調(diào)壓PI控制器、自適應(yīng)調(diào)壓增益、取絕對值(abs)、限幅得到調(diào)制參數(shù)m_v，m_v與逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘后得到調(diào)壓調(diào)制波的幅值。調(diào)壓PI控制器的輸出量經(jīng)過符號函數(shù)后乘以π/2，加上電力彈簧輸出電流的相位值得到調(diào)壓調(diào)制波的相位。

如圖3所示，自適應(yīng)調(diào)頻控制回路中，實(shí)時(shí)系統(tǒng)頻率f與參考值f_REF相減得到的偏差量先后經(jīng)過調(diào)頻PI控制器、自適應(yīng)調(diào)頻增益、取絕對值(abs)、限幅得到調(diào)制參數(shù)m_f，m_f與逆變器直流側(cè)電壓V_dc/2相乘后得到調(diào)頻調(diào)制波的幅值。調(diào)頻PI控制器的輸出量經(jīng)過符號函數(shù)后乘以π/2并加上π/2，再加上電力彈簧輸出電流的相位值得到調(diào)頻調(diào)制波的相位。

如圖4所示，自適應(yīng)調(diào)壓增益求取過程中，電力彈簧輸出電流的大小作為反饋，經(jīng)過延時(shí)元件1，將的延時(shí)值除以實(shí)時(shí)值，得到輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)。調(diào)壓PI的后置增益經(jīng)過延時(shí)元件2，乘以輸出電流實(shí)時(shí)變比倒數(shù)得到實(shí)時(shí)的調(diào)壓PI后置增益。

延時(shí)元件1的初始輸出值設(shè)為初始狀態(tài)下的智能負(fù)載支路電流大小，延時(shí)時(shí)間越短電力彈簧的自適應(yīng)調(diào)壓響應(yīng)速度越快。

延時(shí)元件2的初始輸出值設(shè)為初始狀態(tài)下試取得到的調(diào)壓PI后置增益最優(yōu)值，延時(shí)時(shí)間越短電力彈簧的自適應(yīng)調(diào)壓響應(yīng)速度越快。

如圖4所示，自適應(yīng)調(diào)頻增益求取過程中，電力彈簧的輸出電壓大小和輸出電流大小作為反饋，與的比值經(jīng)過延時(shí)元件3，將比值的實(shí)時(shí)值除以延時(shí)值，得到非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比。調(diào)頻PI的后置增益經(jīng)過延時(shí)元件4，乘以非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模實(shí)時(shí)變比得到實(shí)時(shí)的調(diào)頻PI后置增益。

延時(shí)元件3的初始輸出值設(shè)為初始狀態(tài)下的非關(guān)鍵負(fù)載等效阻抗模值，延時(shí)時(shí)間越短電力彈簧的自適應(yīng)調(diào)頻響應(yīng)速度越快。

延時(shí)元件4的初始輸出值設(shè)為初始狀態(tài)下試取得到的調(diào)頻PI后置增益最優(yōu)值，延時(shí)時(shí)間越短電力彈簧的自適應(yīng)調(diào)頻響應(yīng)速度越快。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。