一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法及系统，属于电力电子应用技术领域；所应用的电路拓扑包括：电网电压、线路阻抗、关键负载、非关键负载和电力弹簧；电力弹簧包括直流电压源，全桥逆变器和LC滤波器；控制方法包括：测量电网电压电流以及全桥逆变器直流侧电压；根据测量得到的电网电压和电流，利用二阶广义积分法构造虚拟电压和电流，计算电路拓扑的有功功率和无功功率；利用构建得到的虚拟电压、有功功率和无功功率以及电路参数，根据离散化的单相电力弹簧系统功率模型预测方程组，将系统功率的参考值作为预测的下一时刻的系统功率实际值，计算电力弹簧的参考输出电压，通过PWM调制应用于电力弹簧内部的变换器，实现功率控制。实现功率控制。实现功率控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子应用
，具体涉及一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法及系统。

技术介绍

[0002]和目前以化石燃料为核心的能源体系不同，能源体系需要配备大量的清洁能源。太阳能和风能作为两种典型的清洁能源，以其取之不尽、用之不竭、廉价等特点而具备其他新能源无法具备的巨大优势。然而太阳能和风能有具有间歇性和不稳定性的特点。为了增强电网对这些间歇性能源的消纳能力，目前电力系统可采用的方案有无功补偿装置、储能装置、负荷控制以及电力弹簧等方式。前三种方法中，电网的运行方式仍是用电量决定发电量，而电力弹簧作为一种新兴的电力电子技术，搭配智能负载技术，可以将风电、光伏等所发出的不确定性功率波动转移给和ES串联的非关键负载，从而实现用电量自行匹配发电量的电网新型运行模式。
[0003]目前，ES的控制算法已经有所发展，但在功率控制方面的研究较少，仍不存在基于预测方法的功率控制策略。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法及系统。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，应用的电路拓扑包括：电网电压、线路阻抗、关键负载、非关键负载以及电力弹簧；其中电力弹簧先与非关键负载串联，再与关键负载并联，最后通过线路阻抗接入电网电压；电力弹簧包括一个直流电压源，通过全桥逆变器和LC滤波器相连；根据离散化的单相电力弹簧系统的功率模型预测方程组，以无差拍的控制思路，将系统功率的参考值作为预测的下一时刻的系统功率实际值，解方程组得到当前时刻的电力弹簧输出电压表达式，作为电力弹簧的参考输出电压表达式；所述控制方法包括以下步骤：
[0007]测量系统中交流母线侧电压电流以及全桥逆变器直流侧电压；
[0008]根据测量得到的交流母线电压和电流，利用二阶广义积分法构造虚拟的电压和电流，计算所述电路拓扑的有功功率和无功功率；
[0009]利用构建得到的虚拟电压、有功功率和无功功率以及电路参数，根据电力弹簧的参考输出电压表达式，计算电力弹簧的参考输出电压，通过PWM调制应用于电力弹簧内部的变换器，实现功率控制。
[0010]进一步地，计算所述有功功率和无功功率的步骤包括；
[0011]S21，以测量到的交流母线电压和电流作为SOGI的输入，得到输出的虚拟电压和电流；
[0012]S22，利用构建的虚拟量，在αβ坐标系下计算所述电路拓扑的瞬时功率。
[0013]进一步地，所述SOGI的传递函数如下：
[0014][0015]其中，u
g
、i
g
分别为测量得到的交流母线电压和电流，u
gα
、u
gβ
、i
gα
、i
gβ
为构建得到的虚拟量，k为闭环系数，s为拉普拉斯变换后的自变量，ω为输入交流信号的角频率；
[0016]进一步地，αβ坐标系下的瞬时功率方程如下：
[0017][0018]其中，P和Q分别为计有功功率和无功功率。
[0019]进一步地，实现所述功率控制的步骤包括：
[0020]S31，根据电力弹簧的参考输出电压表达式，计算电力弹簧的参考输出电压，
[0021]S32，利用单相脉宽调制技术，以计算得到的电力弹簧参考输出电压作为调制波，得到一组开关信号，用以控制电力弹簧中的全桥逆变器。
[0022]进一步地，所述电力弹簧的参考输出电压表达式为：
[0023][0024]其中：
[0025][0026]式中，U
m
为电网电压的最大值，u
es
为电力弹簧的参考输出电压，u
gα
(k)和u
gβ
(k)当前时刻虚拟电压的值，P(k)和Q(k)为当前时刻计算的有功功率和无功功率的值，P
ref
和Q
ref
分别为有功功率和无功功率的参考值，R2和R3分别为关键负载和非关键负载的阻值，R1为线路电阻，L1为线路电感，T为离散系统的采样周期，ω为电网电压的角频率。
[0027]一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧系统，包括：电网电压、线路阻抗、关键负载、非关键负载以及电力弹簧；其中电力弹簧先与非关键负载串联，再与关键负载并联，最后通过线路阻抗接入电网电压；电力弹簧包括一个直流电压源，通过全桥逆变器和LC滤波器相连，以电容电压作为电力弹簧的输出电压。
[0028]一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制系统，能够执行上述控制方法，包
括：
[0029]测量模块：测量系统中交流母线侧电压电流以及全桥逆变器直流侧电压；
[0030]功率计算模块：根据测量得到的交流母线电压和电流，利用二阶广义积分法构造虚拟的电压和电流，计算所述电路拓扑的有功功率和无功功率；
[0031]以及，功率控制模块：利用构建得到的虚拟电压、有功功率和无功功率以及电路参数，计算电力弹簧的参考输出电压，通过PWM调制应用于电力弹簧内部的变换器，实现功率控制
[0032]本专利技术的有益效果：
[0033]1、本专利技术所提出的控制方法，利用离散化的电力弹簧系统功率模型预测方程，计算电力弹簧参考输出电压，应用在电力弹簧中的变换器上，达到对单相电力弹簧系统的功率控制效果。
[0034]2、本专利技术所提出的控制方法，其控制核心在于逆变器的调制函数，只需要根据电路参数和被测量计算调制函数并应用于逆变器，动态响应较快，且结构简单、易于实施，不需要进行PI控制器参数的整定。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是本专利技术的控制方法所应用的电路拓扑结构图；
[0037]图2是本专利技术的控制方法流程图；
[0038]图3是有功功率给定值为500W，无功功率给定值在0.2s由0变为200Var的系统功率波形；
[0039]图4是有功功率给定值在0.5s由500W变为400W，无功功率给定值为200Var的系统功率波形。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]如图1所示，一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，所应用的电路拓扑包括：电网电压、线路阻抗、关键负载、非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，其特征在于，应用的电路拓扑包括：电网电压、线路阻抗、关键负载、非关键负载以及电力弹簧；其中电力弹簧先与非关键负载串联，再与关键负载并联，最后通过线路阻抗接入电网电压；电力弹簧包括一个直流电压源，通过全桥逆变器和LC滤波器相连；根据离散化的单相电力弹簧系统的功率模型预测方程组，以无差拍的控制思路，将系统功率的参考值作为预测的下一时刻的系统功率实际值，解方程组得到当前时刻的电力弹簧输出电压表达式，作为电力弹簧的参考输出电压表达式；所述控制方法包括以下步骤：测量系统中交流母线侧电压电流以及全桥逆变器直流侧电压；根据测量得到的交流母线电压和电流，利用二阶广义积分法构造虚拟的电压和电流，计算所述电路拓扑的有功功率和无功功率；利用构建得到的虚拟电压、有功功率和无功功率以及电路参数，根据电力弹簧的参考输出电压表达式，计算电力弹簧的参考输出电压，通过PWM调制应用于电力弹簧内部的变换器，实现功率控制。2.根据权利要求1所述的一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，其特征在于，计算所述有功功率和无功功率的步骤包括；S21，以测量到的交流母线电压和电流作为SOGI的输入，得到输出的虚拟电压和电流；S22，利用构建的虚拟量，在αβ坐标系下计算所述电路拓扑的瞬时功率。3.根据权利要求2所述的一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，其特征在于，所述SOGI的传递函数如下：其中，u
g
、i
g
分别为测量得到的交流母线电压和电流，u
gα
、u
gβ
、i
gα
、i
gβ
为构建得到的虚拟量，k为闭环系数，s为拉普拉斯变换后的自变量，ω为输入交流信号的角频率。4.根据权利要求2所述的一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，其特征在于，αβ坐标系下的瞬时功率方程如下：其中，P和Q分别为有功功率和无功功率。5.根据权利要求1所述的一种基于无差拍功率预测的单相电力弹簧控制方法，其特征在于，所述的离散化的单相电力弹簧系统的功率模型预测方程组如下：
其中，P(k)和Q(k)分别为当前时刻系统的有功功率和无功功率，P(k+1)和Q(k+1)分别为预测的下一时刻系统的有功功率和无功功率，U
m
为电网电压的最大值，u
gα
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，陈松昊，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：