[發(fā)明專利]面向電力彈簧的智能負(fù)載切換控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011337481.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112398145B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅瀟;丁雷青;侍凡;芮智;舒德兀;嚴(yán)正;許鵬程;吳奕鍇;趙哲琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)上海市電力公司;上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24;H02J3/12;H02J3/14;H02J3/16;H02H7/26;G06F17/11
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種面向電力彈簧的智能負(fù)載切換控制方法，在串聯(lián)型換流器的控制中添加了定頻率控制和定無功功率控制策略，使系統(tǒng)的有功功率波動(dòng)時(shí)，頻率保持在額定頻率，并且在交流母線電壓跌落時(shí)，使能夠滿負(fù)荷發(fā)出無功功率以盡量支撐電壓。使用模糊邏輯算法設(shè)計(jì)附加控制器，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)線路的電壓和無功情況，在線、自適應(yīng)地調(diào)整控制模式切換信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況下多個(gè)目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制。仿真結(jié)果表明，與單一目標(biāo)控制策略相比，該協(xié)調(diào)控制策略能夠通過定電壓策略和定無功策略的切換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)母線電壓在正常運(yùn)行期間保持系統(tǒng)穩(wěn)定，故障期間能夠盡快回到參考電壓的范圍內(nèi)，與此同時(shí)保持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于孤島或者弱電網(wǎng)的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制領(lǐng)域，具體是一種基于電力彈簧的智能負(fù)載多目標(biāo)控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的需求量決定發(fā)電量的電網(wǎng)運(yùn)行模式在新能源高比例滲透系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)電力供需平衡，這容易引起電壓波動(dòng)、頻率閃變等各種問題。為解決這些問題，研究人員提出了電力彈簧的概念，其核心思想是與在寬電壓范圍正常工作的非關(guān)鍵負(fù)載并聯(lián)，構(gòu)成智能負(fù)載(如圖1所示)，通過將電壓(能量)的波動(dòng)轉(zhuǎn)移到非關(guān)鍵負(fù)載上，使得關(guān)鍵負(fù)載上的電壓波動(dòng)被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。在電力彈簧的發(fā)展歷程中，曾出現(xiàn)過三種主流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別為I型、II型和III型電力彈簧。其中，I型電力彈簧的逆變器直流側(cè)為電池，只能補(bǔ)償無功功率，只適于并網(wǎng)運(yùn)行；II型電力彈簧直流側(cè)為電源，能夠補(bǔ)償有功功率但容量有限；III型電力彈簧采用背靠背結(jié)構(gòu)，并聯(lián)換流器從電網(wǎng)吸收能量，串聯(lián)換流器端釋放能量補(bǔ)償負(fù)載所需的有功和無功，也可實(shí)現(xiàn)潮流導(dǎo)向和功率循環(huán)，但在弱電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷變化時(shí)無法調(diào)節(jié)頻率，在故障發(fā)生時(shí)電壓跌落時(shí)沒有很好恢復(fù)電壓的措施，沒有控制策略的切換。

微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電力彈簧控制器的要求是多目標(biāo)的，在不同的運(yùn)行狀況下的控制目標(biāo)不同，而以電力彈簧為基礎(chǔ)的智能負(fù)載的以往的單目標(biāo)控制策略難以滿足線路故障下電壓穩(wěn)定的需求，因此多目標(biāo)控制器的設(shè)計(jì)非常重要。考慮到關(guān)鍵性負(fù)載可能帶有容量較大的電動(dòng)機(jī)等負(fù)載時(shí)，有功功率變化會(huì)導(dǎo)致頻率波動(dòng)；另外，當(dāng)電壓忽然發(fā)生大幅跌落時(shí)，定電壓控制并不能適用，反而會(huì)由于控制器的限值導(dǎo)致其喪失調(diào)節(jié)能力。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于電力彈簧的主動(dòng)型智能負(fù)載多目標(biāo)控制方法，在傳統(tǒng)電力彈簧的基礎(chǔ)上，增加了定頻率控制和定無功功率控制策略，進(jìn)一步發(fā)掘了電力彈簧補(bǔ)償有功功率和無功功率的能力。在電壓下降與額定電壓差值未超過一定程度時(shí)，仍然為定電壓控制；而當(dāng)電壓下降超過一定程度時(shí)，切換為無功功率控制方式，發(fā)出最大無功功率值，以盡量支撐關(guān)鍵負(fù)載的電壓。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于電力彈簧的主動(dòng)型智能負(fù)載多目標(biāo)控制方法，該方法包括如下步驟：

步驟1)測(cè)量關(guān)鍵負(fù)載電壓u；測(cè)量電力彈簧注入系統(tǒng)的電流i；測(cè)量系統(tǒng)頻率f

分別由電壓表實(shí)時(shí)測(cè)量關(guān)鍵負(fù)載電壓，電流表實(shí)時(shí)測(cè)量電力彈簧注入系統(tǒng)的電流和鎖相環(huán)(PLL)模塊實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)頻率f。計(jì)算電力彈簧發(fā)出的瞬時(shí)無功功率Q。

由此，通過測(cè)量或計(jì)算獲得本發(fā)明所需的控制量，有關(guān)鍵負(fù)載電壓u、故障期間關(guān)鍵負(fù)載所發(fā)的瞬時(shí)無功功率Q、關(guān)鍵負(fù)載的工作頻率f。所測(cè)得的關(guān)鍵負(fù)載電壓u、電力彈簧無功功率Q輸出給串聯(lián)型換流器的q軸控制器；系統(tǒng)工作頻率f輸出給串聯(lián)型換流器的d軸控制器。

步驟2)根據(jù)關(guān)鍵負(fù)載電壓和電力彈簧所發(fā)無功功率進(jìn)行模糊邏輯判別；選擇控制模式(正常時(shí)定電壓控制VC，異常時(shí)可能需進(jìn)行切換至定無功功率控制QC)

將Q和V輸入模糊邏輯控制器實(shí)現(xiàn)控制模式選擇，由模糊邏輯比較器完成，模糊子集為{SS,S,M,L,LL}，輸出量y的模糊子集為{S,M,L}(輸入量V和Q的范圍為[-1,1]，清晰化后的輸出量y的范圍為[0,1])。輸入量和輸出量的隸屬函數(shù)均選取三角形分布，三角形分布的表達(dá)式分別如式(1)所示。關(guān)于其中的參數(shù)，在模糊子集{SS,S,M,L,LL}上，對(duì)于式(1)的參數(shù)(a,b,c)分布如式(2)所示。