一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法与流程

本发明涉及新能源发电并网及变换技术领域，尤其涉及一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法。

背景技术：

能源和环境问题是如今社会面临的主要问题之一，用清洁新能源代替传统能源将是必然发展趋势。风能和太阳能作为众多新能源中潜力最大、最有开发价值的能源，由于其资源丰富、污染小等优点，其开发与利用正受到人们高度重视。近年来，利用风能或太阳能作为一次能源进行发电的分布式发电技术逐渐开始被引入到电力系统中，但由于太阳能与风能都存在着随机性、间歇性、能量波动大等特点，含有分布式发电的电力系统电压和频率都将受到较大影响。

为解决上述问题，一种用以稳定电网电压和频率的新的电力电子装置，即电力弹簧被提出。然而，现有的电力弹簧在实际应用时都是与非关键负载一对一串联构成智能负载投入使用，这种应用方式调节能力有限且成本较高。为了能够与非关键负载一对多串联构成智能负载，需要电力弹簧具备自适应调节能力，以达到在部分非关键负载接入或退出后仍然能有效调节电压和频率，满足稳定性的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法，能够使电力弹簧有能力同时与多个非关键负载串联，提高调节能力的同时减小投资成本。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法，包括如下步骤：

步骤1)，测取实时母线电压，将其和预设的电压参考值作差；

步骤2)，将实时母线电压和预设的电压参考值之间的电压差值送入调压PI；

步骤3)，对经过调压PI后的电压差值进行自适应调压增益；

步骤3.1)，获取电力弹簧输出电流的实时值；

步骤3.2)，将电力弹簧输出电流的实时值送入延时元件，得到电力弹簧输出电流的延时值；

步骤3.3)，根据电力弹簧输出电流的实时值和延时值得到输出电流实时变比倒数；

步骤3.4)，将预设的调压PI后置增益累乘输出电流实时变比倒数，得到实时的调压PI后置增益；

步骤3.5)，将经过调压PI后的电压差值乘以实时的调压PI后置增益；

步骤4)，对经过自适应调压增益的电压差值取绝对值、限幅，得到调制参数m_v；

步骤5)，将m_v与电力弹簧逆变器直流侧电压V_dc/2相乘得到调压调制波的幅值；

步骤6)，将经过调压PI后的电压差值输入符号函数后乘以π/2，然后加上电力弹簧输出电流的相位值得到调压调制波的相位值；

步骤7)，测取实时系统频率，将其与预设的频率参考值作差；

步骤8)，将实时系统频率和预设的频率参考值之间的频率差值送入调频PI；

步骤9)，对经过调频PI后的频率差值进行自适应调频增益；

步骤9.1)，获取电力弹簧输出电流和输出电压的实时值，将电力弹簧的输出电压除以其输出电流得到非关键负载等效阻抗模的实时值；

步骤9.2)，将非关键负载等效阻抗模的实时值送入延时元件，得到非关键负载等效阻抗模的延时值；

步骤9.3)，根据非关键负载等效阻抗模的实时值和延时值得到非关键负载等效阻抗模实时变比；

步骤9.4)，将预设的调频PI后置增益累乘非关键负载等效阻抗模实时变比，得到实时的调频PI后置增益；

步骤9.5)，将经过调频PI后的频率差值乘以实时的调频PI后置增益；

步骤10)，对经过自适应调频增益的频率差值取绝对值、限幅，得到调制参数m_f；

步骤11)，将m_f与电力弹簧逆变器直流侧电压V_dc/2相乘得到调频调制波的幅值；

步骤12)，将经过调频PI的频率差值输入符号函数后乘以π/2，然后加上π/2，接着再加上电力弹簧输出电流的相位值，得到调频调制波的相位值；

步骤13)，将上述得到的调压调制波加上上述得到的调频调制波得到综合调制波；

步骤14)，利用综合调制波控制电力弹簧中的PWM逆变器，使之产生相应的等幅脉冲。

作为本发明一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法进一步的优化方案，所述步骤3)采用以下数学模型进行自适应调压增益：

其中，kv(t^-)为t时刻前的瞬时调压PI后置增益；kv(t)为t时刻的瞬时调压PI后置增益；为t时刻前的电力弹簧瞬时输出电流；为t时刻的电力弹簧瞬时输出电流。

作为本发明一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法进一步的优化方案，所述步骤9)采用以下数学模型进行自适应调频增益：

其中，kf(t^-)为t时刻前的瞬时调频PI后置增益；kf(t)为t时刻的瞬时调频PI后置增益；为t时刻前的瞬时非关键负载等效阻抗模；为t时刻的瞬时非关键负载等效阻抗模。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

为了使电力弹簧能够与多个非关键负载同时串联，本发明通过输出电压反馈和输出电流反馈动态调节控制回路中的PI后置增益，使在部分非关键负载投入或退出后电力弹簧仍能有效调节电压和频率。通过仿真实例验证，该方法能够使电力弹簧具备自适应能力。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为图1中自适应调压控制回路示意图；

图3为图1中自适应调频控制回路示意图；

图4为图2与图3中自适应调压/调频增益示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法，包括如下步骤：

步骤1)，测取实时母线电压，将其和预设的电压参考值作差；

步骤2)，将实时母线电压和预设的电压参考值之间的电压差值送入调压PI；

步骤3)，对经过调压PI后的电压差值进行自适应调压增益；

步骤3.1)，获取电力弹簧输出电流的实时值；

步骤3.2)，将电力弹簧输出电流的实时值送入延时元件，得到电力弹簧输出电流的延时值；

步骤3.3)，根据电力弹簧输出电流的实时值和延时值得到输出电流实时变比倒数；

步骤3.4)，将预设的调压PI后置增益累乘输出电流实时变比倒数，得到实时的调压PI后置增益；

步骤3.5)，将经过调压PI后的电压差值乘以实时的调压PI后置增益；

步骤4)，对经过自适应调压增益的电压差值取绝对值、限幅，得到调制参数m_v；

步骤5)，将m_v与电力弹簧逆变器直流侧电压V_dc/2相乘得到调压调制波的幅值；

步骤6)，将经过调压PI后的电压差值输入符号函数后乘以π/2，然后加上电力弹簧输出电流的相位值得到调压调制波的相位值；

步骤7)，测取实时系统频率，将其与预设的频率参考值作差；

步骤8)，将实时系统频率和预设的频率参考值之间的频率差值送入调频PI；

步骤9)，对经过调频PI后的频率差值进行自适应调频增益；

步骤9.1)，获取电力弹簧输出电流和输出电压的实时值，将电力弹簧的输出电压除以其输出电流得到非关键负载等效阻抗模的实时值；

步骤9.2)，将非关键负载等效阻抗模的实时值送入延时元件，得到非关键负载等效阻抗模的延时值；

步骤9.3)，根据非关键负载等效阻抗模的实时值和延时值得到非关键负载等效阻抗模实时变比；

步骤9.4)，将预设的调频PI后置增益累乘非关键负载等效阻抗模实时变比，得到实时的调频PI后置增益；

步骤9.5)，将经过调频PI后的频率差值乘以实时的调频PI后置增益；

步骤10)，对经过自适应调频增益的频率差值取绝对值、限幅，得到调制参数m_f；

步骤11)，将m_f与电力弹簧逆变器直流侧电压V_dc/2相乘得到调频调制波的幅值；

步骤12)，将经过调频PI的频率差值输入符号函数后乘以π/2，然后加上π/2，接着再加上电力弹簧输出电流的相位值，得到调频调制波的相位值；

步骤13)，将上述得到的调压调制波加上上述得到的调频调制波得到综合调制波；

步骤14)，利用综合调制波控制电力弹簧中的PWM逆变器，使之产生相应的等幅脉冲。

等幅脉冲经过低通滤波器滤波后得到与综合调制波相符的电力弹簧电压。电力弹簧与对电压波动有较宽承受范围的非关键负载串联，通过牺牲非关键负载的电压质量达到稳定母线电压和系统频率的作用，自适应能力使在非关键负载变动的情况下电力弹簧仍能稳定运行。

所述步骤3)采用以下数学模型进行自适应调压增益：

其中，kv(t^-)为t时刻前的瞬时调压PI后置增益；kv(t)为t时刻的瞬时调压PI后置增益；为t时刻前的电力弹簧瞬时输出电流；为t时刻的电力弹簧瞬时输出电流。

所述步骤9)采用以下数学模型进行自适应调频增益：

其中，kf(t^-)为t时刻前的瞬时调频PI后置增益；kf(t)为t时刻的瞬时调频PI后置增益；为t时刻前的瞬时非关键负载等效阻抗模；为t时刻的瞬时非关键负载等效阻抗模。

如图1所示，本发明公开了一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法的具体实施例，将电力弹簧与非关键负载组串联构成智能负载支路，自适应调压控制回路根据实时母线电压偏差值计算得到调压调制波自适应调频控制回路根据实时系统频率偏差值计算得到调频调制波调压调制波和调频调制波的矢量和作为PWM逆变器的综合调制波，PWM逆变器的输出电压经过滤波电容和滤波电感组成的低通滤波电路后得到频率近似工频的电力弹簧电压这种实施例主要应用于含有分布式电源的供电回路中。

如图2所示，自适应调压控制回路中，实时母线电压均方根值V_S与参考值V_S-REF相减得到的偏差量先后经过调压PI控制器、自适应调压增益、取绝对值(abs)、限幅得到调制参数m_v，m_v与逆变器直流侧电压V_dc/2相乘后得到调压调制波的幅值。调压PI控制器的输出量经过符号函数后乘以π/2，加上电力弹簧输出电流的相位值得到调压调制波的相位。

如图3所示，自适应调频控制回路中，实时系统频率f与参考值f_REF相减得到的偏差量先后经过调频PI控制器、自适应调频增益、取绝对值(abs)、限幅得到调制参数m_f，m_f与逆变器直流侧电压V_dc/2相乘后得到调频调制波的幅值。调频PI控制器的输出量经过符号函数后乘以π/2并加上π/2，再加上电力弹簧输出电流的相位值得到调频调制波的相位。

如图4所示，自适应调压增益求取过程中，电力弹簧输出电流的大小作为反馈，经过延时元件1，将的延时值除以实时值，得到输出电流实时变比倒数。调压PI的后置增益经过延时元件2，乘以输出电流实时变比倒数得到实时的调压PI后置增益。

延时元件1的初始输出值设为初始状态下的智能负载支路电流大小，延时时间越短电力弹簧的自适应调压响应速度越快。

延时元件2的初始输出值设为初始状态下试取得到的调压PI后置增益最优值，延时时间越短电力弹簧的自适应调压响应速度越快。

如图4所示，自适应调频增益求取过程中，电力弹簧的输出电压大小和输出电流大小作为反馈，与的比值经过延时元件3，将比值的实时值除以延时值，得到非关键负载等效阻抗模实时变比。调频PI的后置增益经过延时元件4，乘以非关键负载等效阻抗模实时变比得到实时的调频PI后置增益。

延时元件3的初始输出值设为初始状态下的非关键负载等效阻抗模值，延时时间越短电力弹簧的自适应调频响应速度越快。

延时元件4的初始输出值设为初始状态下试取得到的调频PI后置增益最优值，延时时间越短电力弹簧的自适应调频响应速度越快。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。