利用電力彈簧對電網(wǎng)負(fù)載穩(wěn)壓的可行性研究

査浩

摘 要：本文通過將電力彈簧應(yīng)用到單相全橋逆變電路中，使其串聯(lián)在非臨界負(fù)荷支路構(gòu)成智能負(fù)載與臨界負(fù)荷一同構(gòu)成電路的主負(fù)載。當(dāng)系統(tǒng)的電源發(fā)生大規(guī)模動蕩時，電力彈簧仍能有效地的調(diào)節(jié)臨界負(fù)荷的電壓，使其保持穩(wěn)定。通過MATLAB對電路進(jìn)行仿真，實際與理論相符。從而預(yù)測電力彈簧將在未來新能源并網(wǎng)中產(chǎn)生重要作用。

關(guān)鍵詞：電力彈簧；單相逆變電路；MATLAB仿真

1 引言

由于化石燃料是不可再生的，一旦枯竭，就會對整個電力系統(tǒng)造成不可估量的損失乃至影響整個國家的日常運轉(zhuǎn)。尋找可以再生的替代煤炭的清潔能源已迫在眉睫。風(fēng)能和太陽能發(fā)電已逐步從理論研究走向具體應(yīng)用。但是目前的新能源發(fā)電技術(shù)還不是太成熟，對于電壓穩(wěn)定的控制始終達(dá)不到一個很理想的狀態(tài)。因為太陽能的輻照強度是隨時間不斷變化的，本身就是一個不斷變化的量，安裝大容量的蓄電池雖然具有一定的可行性，但是儲備容量太大而且成本很高。本文通過將電力彈簧應(yīng)用到光伏并網(wǎng)中以提高其供電可靠性。

2 電力彈簧的原理[1]及基本構(gòu)造電路[2]

Electric Springs技術(shù)采用將許多小容量的可控逆變電源（“彈簧”）直接串入位于網(wǎng)絡(luò)末端的用電負(fù)載，這些“彈簧”根據(jù)系統(tǒng)的實際情況自動發(fā)出或消耗無功功率，構(gòu)成了一個可以穩(wěn)定電壓的分布式的“彈簧網(wǎng)絡(luò)”。電力彈簧可以串聯(lián)在非關(guān)鍵負(fù)載中作為一個電路中的智能負(fù)載。隨著未來電網(wǎng)可再生能源不斷參與其中，電網(wǎng)的可靠性有可能低于期望值，電力彈簧作為智能調(diào)壓負(fù)載則可以嵌入到電熱水器，冰箱和道路照明系統(tǒng)，保證設(shè)備正常運行，從而實現(xiàn)廣泛應(yīng)用；也可以用在新能源并網(wǎng)中使其發(fā)揮巨大的作用，保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。在如下一個系統(tǒng)里，電力彈簧串聯(lián)在非臨界負(fù)荷中，和臨界負(fù)荷構(gòu)成整個電力系統(tǒng)的主負(fù)載。

3 電力彈簧的MATLAB仿真[3]及實驗結(jié)果

圖3-1中用電流源代替新能源輸出的能量，電壓源代替弱電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓。Rse和Lse在主電路里作為串聯(lián)補償，R1-1和L1-1，R1-2和L1-2作為電能傳遞過程中的的線路損耗。Ves是電力彈簧產(chǎn)生的電壓，Vc為主負(fù)載的電壓，Vnc為非關(guān)鍵負(fù)荷的電壓，Vdc為全橋電路電容產(chǎn)生的直流電壓。

此次仿真結(jié)果分為三種情況：①當(dāng)電流源的電流為額定值10A時，Vg，Iac，Vc，Ves，Vdc的波形圖，如圖3-2（a）；②當(dāng)電流源的輸出值小于額定值時，例如5A時，Vg，Iac，Vc，Ves，Vdc的波形圖，如圖3-2（b）；③當(dāng)電流源的電流輸出值大于10A，例15A時， Vg，Iac，Vc，Ves，Vdc的波形圖，如圖3-2（c）。

從上述三幅圖可知，盡管電路中電流源幅值變化很大，且變化率達(dá)到50℅，臨界負(fù)荷電壓依據(jù)處在一個很穩(wěn)定的狀態(tài)。

4 綜述

通過對電力彈簧的初步研究，結(jié)果證實電力彈簧能夠加載到各種類型的智能負(fù)載系統(tǒng)。根據(jù)非關(guān)鍵負(fù)載的性質(zhì)和控制方案，這些智能負(fù)載安裝了電動彈簧可以執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)和功率平衡減輕可再生資源的電壓波動，從而在未來智能電網(wǎng)中發(fā)揮重要重用

參考文獻(xiàn)

[1] S. Y. R. Hui， C. K. Lee， and F. Wu， “Electric springs—A new smart grid technology，” IEEE Trans.Smart Grid， vol. 3， no. 3， pp.1552–1561， 2012.

[2] N. R. Chaudhuri， C. K. Lee， B. Chaudhuri， and S. Y. R. Hui， “Dynamic modeling of electric springs，” IEEE Trans. Smart Grid， vol. 5， no. 5， pp. 2450–2458， Sep. 2014

[3] C. K. Lee， B. Chaudhuri， and S. Y. R. Hui， “Hardware and control implementation of electric springs for stabilizing future smart grid with intermittent renewable energy sources，” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.， vol. 1， no. 1，pp. 18–27， 2013.