[發明專利]一種提高電力彈簧穩態運行范圍的方法

有效

• 申請號: 201710581899.4
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107196321B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 程益生;李國杰;汪可友;馮琳;韓蓓;寧文元;張子健;楊士慧;劉海軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;國網翼北電力有限公司;全球能源互聯網研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/14
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種提高電力彈簧穩態運行范圍的方法，包括：利用電力彈簧對應的電力系統網絡拓撲與電氣參數計算得到穩態網側電壓表示相量，并畫出其相量軌跡曲線；根據穩態網側電壓相量軌跡，通過幾何法分析得到電力彈簧穩態運行軌跡與范圍；根據穩態網側電壓相量軌跡，結合幾何法得到網側電壓越限情況下系統最優控制軌跡；綜合網側電壓未發生越限和發生越限情況下的相量軌跡，得到擴大后的電力彈簧穩態運行范圍以及對應的電力彈簧關鍵負載電壓設定值優化計算方法。本發明有效避免網側電壓發生越限情況下電力彈簧的失靈問題，提高了電力彈簧的穩態運行范圍，明顯改善了電力彈簧系統安全穩定運行的性能。

技術領域

本發明屬于智能電網控制技術領域，涉及一種提高電力彈簧穩態運行范圍的方法。

背景技術

隨著可再生能源如風能、太陽能等的大量并網，可再生能源發電的間歇性、不穩定性、預測精度不高等特點，造成的發電量與負荷需求的不平衡問題日益突出，影響電力系統的運行安全與供電電能質量。

通過需求側管理解決可再生能源并網帶來的一系列問題得到業界廣泛認可，然而普通的需求側技術一般需要終端用戶參與，或者以犧牲用戶體驗為代價，基于儲能技術則面臨高成本問題。針對上述現狀，香港大學提出了基于電力電子技術的“電力彈簧”構想，將機械彈簧的概念引入電力系統中。電力彈簧由一個輸入電壓控制與一個功率控制器構成，通過電力彈簧將電網中電壓(能量)波動轉移到非關鍵負載，穩定關鍵負載電壓，并自動調節非關鍵負載耗電量，實現發電量與用電量的自動平衡。電力彈簧改變了傳統電力系統發電量跟隨負載變化的運行方式，實現了需求側負載跟隨發電量變化的新型運行方式，可以有效克服可再生能源發電并網造成的發電量與負荷不匹配問題。研究表明，電力彈簧運用于新型微電網中，還可以降低系統對儲能容量的需求,節約成本；可以減小系統三相不平衡；可以改善電力系統的供電電能質量。

與其他現有的提高微電網電能質量方法相比，電力彈簧與非關鍵負載串聯，構成智能負載具有較強的負荷響應能力，能將分布式能源波動轉移到非關鍵負載，也能參與頻率調節。而其他微電網電壓調整方法則一般直接與關鍵負載串聯，如SSSC、DVR，或直接與關鍵負載并聯，如STATCOM，在某些情況下，電力彈簧的調整效率比普通無功補償裝置更高。

然而，和機械彈簧一樣，電力彈簧也運行在一個受限的范圍內，其運行范圍受直流側電壓、關鍵負載與非關鍵負載工作電壓范圍、網絡元件參數等因素的限制。當網側電壓波動過大時，電力彈簧將無法完成控制目標，發生失靈。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種提高電力彈簧穩態運行范圍的方法，以改善電力彈簧的運行性能，保證在網側電壓發生較大波動情況下也能穩定工作。

本發明的技術解決方案如下：

一種提高電力彈簧穩態運行范圍的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，根據基爾霍夫定律，結合電力彈簧對應的電力系統網絡拓撲與電氣參數，得到網絡相量方程組，公式如下：

其中，和為穩態網側電壓和電流，和為關鍵負載電壓和電流，和為非關鍵負載電壓和電流，為電力彈簧輸出端電壓，Z₁、Z₂、Z₃分別為網側傳輸線路阻抗、關鍵負載阻抗和非關鍵負載阻抗；

計算穩態網側電壓相量，公式如下；

其中：θ為非關鍵負載電流與關鍵負載電壓相位差，|Us|為關鍵負載電壓幅值，為線路阻抗角，為非關鍵負載阻抗角；

步驟2，根據穩態網側電壓相量畫出相量軌跡曲線，并通過幾何法分析得到電力彈簧穩態運行軌跡與范圍：