本發明涉及新能源發電并網及變換技術領域，尤其涉及一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法。

背景技術：

能源和環境問題是如今社會面臨的主要問題之一，用清潔新能源代替傳統能源將是必然發展趨勢。風能和太陽能作為眾多新能源中潛力最大、最有開發價值的能源，由于其資源豐富、污染小等優點，其開發與利用正受到人們高度重視。近年來，利用風能或太陽能作為一次能源進行發電的分布式發電技術逐漸開始被引入到電力系統中，但由于太陽能與風能都存在著隨機性、間歇性、能量波動大等特點，含有分布式發電的電力系統電壓和頻率都將受到較大影響。

為解決上述問題，一種用以穩定電網電壓和頻率的新的電力電子裝置，即電力彈簧被提出。然而，現有的電力彈簧在實際應用時都是與非關鍵負載一對一串聯構成智能負載投入使用，這種應用方式調節能力有限且成本較高。為了能夠與非關鍵負載一對多串聯構成智能負載，需要電力彈簧具備自適應調節能力，以達到在部分非關鍵負載接入或退出后仍然能有效調節電壓和頻率，滿足穩定性的要求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種自適應調節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與多個非關鍵負載串聯，提高調節能力的同時減小投資成本。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法，包括如下步驟：

步驟1)，測取實時母線電壓，將其和預設的電壓參考值作差；

步驟2)，將實時母線電壓和預設的電壓參考值之間的電壓差值送入調壓PI；

步驟3)，對經過調壓PI后的電壓差值進行自適應調壓增益；

步驟3.1)，獲取電力彈簧輸出電流的實時值；

步驟3.2)，將電力彈簧輸出電流的實時值送入延時元件，得到電力彈簧輸出電流的延時值；

步驟3.3)，根據電力彈簧輸出電流的實時值和延時值得到輸出電流實時變比倒數；

步驟3.4)，將預設的調壓PI后置增益累乘輸出電流實時變比倒數，得到實時的調壓PI后置增益；

步驟3.5)，將經過調壓PI后的電壓差值乘以實時的調壓PI后置增益；

步驟4)，對經過自適應調壓增益的電壓差值取絕對值、限幅，得到調制參數m_v；

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

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

步驟7)，測取實時系統頻率，將其與預設的頻率參考值作差；

步驟8)，將實時系統頻率和預設的頻率參考值之間的頻率差值送入調頻PI；

步驟9)，對經過調頻PI后的頻率差值進行自適應調頻增益；

步驟9.1)，獲取電力彈簧輸出電流和輸出電壓的實時值，將電力彈簧的輸出電壓除以其輸出電流得到非關鍵負載等效阻抗模的實時值；

步驟9.2)，將非關鍵負載等效阻抗模的實時值送入延時元件，得到非關鍵負載等效阻抗模的延時值；

步驟9.3)，根據非關鍵負載等效阻抗模的實時值和延時值得到非關鍵負載等效阻抗模實時變比；

步驟9.4)，將預設的調頻PI后置增益累乘非關鍵負載等效阻抗模實時變比，得到實時的調頻PI后置增益；

步驟9.5)，將經過調頻PI后的頻率差值乘以實時的調頻PI后置增益；

步驟10)，對經過自適應調頻增益的頻率差值取絕對值、限幅，得到調制參數m_f；

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

步驟12)，將經過調頻PI的頻率差值輸入符號函數后乘以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，得到調頻調制波的相位值；

步驟13)，將上述得到的調壓調制波加上上述得到的調頻調制波得到綜合調制波；

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

作為本發明一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法進一步的優化方案，所述步驟3)采用以下數學模型進行自適應調壓增益：

其中，kv(t^-)為t時刻前的瞬時調壓PI后置增益；kv(t)為t時刻的瞬時調壓PI后置增益；為t時刻前的電力彈簧瞬時輸出電流；為t時刻的電力彈簧瞬時輸出電流。

作為本發明一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法進一步的優化方案，所述步驟9)采用以下數學模型進行自適應調頻增益：

其中，kf(t^-)為t時刻前的瞬時調頻PI后置增益；kf(t)為t時刻的瞬時調頻PI后置增益；為t時刻前的瞬時非關鍵負載等效阻抗模；為t時刻的瞬時非關鍵負載等效阻抗模。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

為了使電力彈簧能夠與多個非關鍵負載同時串聯，本發明通過輸出電壓反饋和輸出電流反饋動態調節控制回路中的PI后置增益，使在部分非關鍵負載投入或退出后電力彈簧仍能有效調節電壓和頻率。通過仿真實例驗證，該方法能夠使電力彈簧具備自適應能力。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例的結構示意圖；

圖2為圖1中自適應調壓控制回路示意圖；

圖3為圖1中自適應調頻控制回路示意圖；

圖4為圖2與圖3中自適應調壓/調頻增益示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：

本發明公開了一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法，包括如下步驟：

步驟1)，測取實時母線電壓，將其和預設的電壓參考值作差；

步驟2)，將實時母線電壓和預設的電壓參考值之間的電壓差值送入調壓PI；

步驟3)，對經過調壓PI后的電壓差值進行自適應調壓增益；

步驟3.1)，獲取電力彈簧輸出電流的實時值；

步驟3.2)，將電力彈簧輸出電流的實時值送入延時元件，得到電力彈簧輸出電流的延時值；

步驟3.3)，根據電力彈簧輸出電流的實時值和延時值得到輸出電流實時變比倒數；

步驟3.4)，將預設的調壓PI后置增益累乘輸出電流實時變比倒數，得到實時的調壓PI后置增益；

步驟3.5)，將經過調壓PI后的電壓差值乘以實時的調壓PI后置增益；

步驟4)，對經過自適應調壓增益的電壓差值取絕對值、限幅，得到調制參數m_v；

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

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

步驟7)，測取實時系統頻率，將其與預設的頻率參考值作差；

步驟8)，將實時系統頻率和預設的頻率參考值之間的頻率差值送入調頻PI；

步驟9)，對經過調頻PI后的頻率差值進行自適應調頻增益；

步驟9.1)，獲取電力彈簧輸出電流和輸出電壓的實時值，將電力彈簧的輸出電壓除以其輸出電流得到非關鍵負載等效阻抗模的實時值；

步驟9.2)，將非關鍵負載等效阻抗模的實時值送入延時元件，得到非關鍵負載等效阻抗模的延時值；

步驟9.3)，根據非關鍵負載等效阻抗模的實時值和延時值得到非關鍵負載等效阻抗模實時變比；

步驟9.4)，將預設的調頻PI后置增益累乘非關鍵負載等效阻抗模實時變比，得到實時的調頻PI后置增益；

步驟9.5)，將經過調頻PI后的頻率差值乘以實時的調頻PI后置增益；

步驟10)，對經過自適應調頻增益的頻率差值取絕對值、限幅，得到調制參數m_f；

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

步驟12)，將經過調頻PI的頻率差值輸入符號函數后乘以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，得到調頻調制波的相位值；

步驟13)，將上述得到的調壓調制波加上上述得到的調頻調制波得到綜合調制波；

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

等幅脈沖經過低通濾波器濾波后得到與綜合調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鍵負載串聯，通過犧牲非關鍵負載的電壓質量達到穩定母線電壓和系統頻率的作用，自適應能力使在非關鍵負載變動的情況下電力彈簧仍能穩定運行。

所述步驟3)采用以下數學模型進行自適應調壓增益：

其中，kv(t^-)為t時刻前的瞬時調壓PI后置增益；kv(t)為t時刻的瞬時調壓PI后置增益；為t時刻前的電力彈簧瞬時輸出電流；為t時刻的電力彈簧瞬時輸出電流。

所述步驟9)采用以下數學模型進行自適應調頻增益：

其中，kf(t^-)為t時刻前的瞬時調頻PI后置增益；kf(t)為t時刻的瞬時調頻PI后置增益；為t時刻前的瞬時非關鍵負載等效阻抗模；為t時刻的瞬時非關鍵負載等效阻抗模。

如圖1所示，本發明公開了一種自適應調節電壓與頻率的電力彈簧控制方法的具體實施例，將電力彈簧與非關鍵負載組串聯構成智能負載支路，自適應調壓控制回路根據實時母線電壓偏差值計算得到調壓調制波自適應調頻控制回路根據實時系統頻率偏差值計算得到調頻調制波調壓調制波和調頻調制波的矢量和作為PWM逆變器的綜合調制波，PWM逆變器的輸出電壓經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施例主要應用于含有分布式電源的供電回路中。

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

如圖3所示，自適應調頻控制回路中，實時系統頻率f與參考值f_REF相減得到的偏差量先后經過調頻PI控制器、自適應調頻增益、取絕對值(abs)、限幅得到調制參數m_f，m_f與逆變器直流側電壓V_dc/2相乘后得到調頻調制波的幅值。調頻PI控制器的輸出量經過符號函數后乘以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頻調制波的相位。

如圖4所示，自適應調壓增益求取過程中，電力彈簧輸出電流的大小作為反饋，經過延時元件1，將的延時值除以實時值，得到輸出電流實時變比倒數。調壓PI的后置增益經過延時元件2，乘以輸出電流實時變比倒數得到實時的調壓PI后置增益。

延時元件1的初始輸出值設為初始狀態下的智能負載支路電流大小，延時時間越短電力彈簧的自適應調壓響應速度越快。

延時元件2的初始輸出值設為初始狀態下試取得到的調壓PI后置增益最優值，延時時間越短電力彈簧的自適應調壓響應速度越快。

如圖4所示，自適應調頻增益求取過程中，電力彈簧的輸出電壓大小和輸出電流大小作為反饋，與的比值經過延時元件3，將比值的實時值除以延時值，得到非關鍵負載等效阻抗模實時變比。調頻PI的后置增益經過延時元件4，乘以非關鍵負載等效阻抗模實時變比得到實時的調頻PI后置增益。

延時元件3的初始輸出值設為初始狀態下的非關鍵負載等效阻抗模值，延時時間越短電力彈簧的自適應調頻響應速度越快。

延時元件4的初始輸出值設為初始狀態下試取得到的調頻PI后置增益最優值，延時時間越短電力彈簧的自適應調頻響應速度越快。

本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術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。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。