AC-AC型主动电力弹簧及其负荷侧电压控制

作     者：陈皓楠 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘闯

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电力弹簧 主动 直接式AC-AC变换 负载功率调控 分布式调压 

摘      要：应对分布式能源大量接入配电网带来的电压波动问题,电力弹簧(Electric Spring,ES)作为一种新型电能质量优化装置,能够自适应地对用户负载的功率消耗进行调节,从而实现对用户侧电压的控制。然而,目前主流的电力弹簧接入用户侧的方式为与非关键负载(Non-Critical Load,NCL)串联构成智能负载(Smart Load,SL),然后再与关键负载(Critical Load,CL)并联,这种方案是以牺牲非关键负载来保证关键负载的稳定运行。随着用户侧对电能质量的要求越来越高,定制电力技术需求越来越大,划分关键负载和非关键负载的难度变大,或者说无法划分。在只有关键负载的情况下,现有的电力弹簧体现出了“被动的特性,其应用将会受到一定的限制。首先,针对传统电力弹簧在工程应用上的不足,本文提出了一种“主动电力弹簧的概念。与传统电力弹簧不同,主动电力弹簧无需划分关键负载和非关键负载,同时改变了接入用户侧的方式,从而提高了电力弹簧负载调控的主动性,增强了电力弹簧的电压调节能力。其次,提出了基于直接式AC-AC变换的主动电力弹簧拓扑(AC-AC based Active Electric Spring,AC-AES)。AC-AES无需采用PLL锁相环,拓扑和控制策略都很简单,易于工程实现,同时可以实现双极性的电压输出。接着对AC-AES的调制策略及拓扑在不同场景下的工作模态进行了分析,并对AC-AES的无源参数进行了设计。最后,结合AC-AES的拓扑特性及工作原理,提出了以负荷侧电压稳定控制为目标的AC-AES的两种调控模式,分别为负载功率调控模式和稳定负载电压模式。负载功率调控模式利用电压强相关负载的特性,改变这类负载两端的电压,以实现对需求侧的能量管理。利用MATLAB/SIMULINK仿真平台,通过搭建处于负载功率调控模式下的AC-AES仿真模型,验证了AC-AES调控负载功率的能力;稳定负载电压模式通过为负载电压提供及时的电压补偿,从而保证负载电压在波动电网中的稳定。设计了与稳定负载电压模式功能相匹配的闭环控制系统,采用型号为IKW75N60T的IGBT功率开关管与FPGA控制器,搭建了额定功率为1k W的AC-AES样机及实验平台,从而验证了AC-AES稳定负载电压的能力。