電力彈簧若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電力彈簧（Electric Spring，簡稱ES）可改變電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)運行模式，可實現(xiàn)用電量和發(fā)電量的自動匹配，這對于當(dāng)前受制于并網(wǎng)消納問題而裹足不前的新能源發(fā)電有望實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，可從結(jié)構(gòu)層面為徹底解決大規(guī)模、高比例風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問題鋪平道路。
　　本文以ES為研究對象，內(nèi)容涉及現(xiàn)有拓撲分析、新拓撲的提出、工作原理分析、系統(tǒng)建模、控制策略、應(yīng)用探討等。提出了相位控制算法，并在此基礎(chǔ)上提出了基于準(zhǔn)比例諧振控制器作為電壓外環(huán)和比

2、例控制器作為電流內(nèi)環(huán)的控制策略、基于電網(wǎng)電壓前饋和準(zhǔn)比例諧振控制器的控制策略、基于波特圖修正的控制策略等;提出了新的ES拓撲，包括新的單相ES拓撲、多端口隔離型ES拓撲、直流ES拓撲等，同時提出了相應(yīng)的控制策略;對ES的應(yīng)用進行了歸納總結(jié)。為了驗證所提拓撲和控制策略的有效性，對其進行了仿真和實驗驗證。
　　論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　1.介紹了ES的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于MATLAB/Si

3、mulink搭建了針對不同拓撲和控制策略的仿真平臺，為進行ES的仿真研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2.針對當(dāng)前的ES拓撲提出了一種相位控制算法。通過實時計算給定正弦波的相位，可同時控制兩個目標(biāo):一是關(guān)鍵負載電壓的穩(wěn)定，二是可實現(xiàn)ES工作于不同的補償模式。在相位控制算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了幾種不同的控制策略，包括基于準(zhǔn)比例諧振作為電壓外環(huán)和比例控制器作為電流內(nèi)環(huán)的控制策略、基于電網(wǎng)電壓前饋和準(zhǔn)比例諧振控制器的控制策略、基于波特圖修正的控制策略等

4、，并通過仿真和實驗驗證了這幾種控制策略的有效性。結(jié)果表明，上述三種控制器在控制效果上類似，所不同的是基于波特圖修正的控制器在諧波抑制性能方面較另兩種更優(yōu)。此外，為提高相位控制算法的實用性，提出了幾種改進方案。
　　3.提出了一種新型的單相ES拓撲結(jié)構(gòu)。該拓撲若配以適當(dāng)?shù)目刂疲筛淖僂S的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)非關(guān)鍵負載的電壓與電網(wǎng)電壓的變化趨向一致。
　　4.提出了一種多端口隔離型單相ES拓撲結(jié)構(gòu)。該拓撲實現(xiàn)了新能源發(fā)電端、關(guān)鍵

5、負載和ES的有效電氣隔離，保證了終端用戶的用電安全。該拓撲還有著更重要的延伸功能，可幫助普通用戶離網(wǎng)使用自身的發(fā)電。不僅如此，用戶還可將多余的電能送入電網(wǎng)，且可自行決定其所占比例。
　　5.提出了一種直接電流控制加諧波抑制的控制策略。首先，提出了基于電流源型逆變器實現(xiàn)了ES拓撲結(jié)構(gòu)，提取了輸入電流的諧波分量后通過控制使之流向ES，可有效抑制由于輸入諧波注入而引起關(guān)鍵負載電壓的畸變問題，減小被控電壓的總諧波失真。
　　6.將單

6、相ES的一些新拓撲進行了三相拓展，同時將單相ES的相位控制策略運用到三相ES系統(tǒng)中，著重研究了當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡和三相負載不平衡時的情形。結(jié)果表明，采用相位控制的三相ES能將電網(wǎng)電壓的波動和三相不平衡轉(zhuǎn)移給非關(guān)鍵負載。
　　7.提出了基于DC/DC變換器實現(xiàn)的直流ES(DCES)拓撲結(jié)構(gòu)。詳細介紹了該拓撲的提出思路和過程，分析了DCES存在的四種工作模態(tài)，還設(shè)置了保證DCES安全運行的電池過壓和欠壓時的應(yīng)急管理機制。該DCES拓撲可