利用電力彈簧對電網負載穩壓的可行性研究

査浩

摘 要：本文通過將電力彈簧應用到單相全橋逆變電路中，使其串聯在非臨界負荷支路構成智能負載與臨界負荷一同構成電路的主負載。當系統的電源發生大規模動蕩時，電力彈簧仍能有效地的調節臨界負荷的電壓，使其保持穩定。通過MATLAB對電路進行仿真，實際與理論相符。從而預測電力彈簧將在未來新能源并網中產生重要作用。

關鍵詞：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造成不可估量的損失乃至影響整個國家的日常運轉。尋找可以再生的替代煤炭的清潔能源已迫在眉睫。風能和太陽能發電已逐步從理論研究走向具體應用。但是目前的新能源發電技術還不是太成熟，對于電壓穩定的控制始終達不到一個很理想的狀態。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用到光伏并網中以提高其供電可靠性。

2 電力彈簧的原理[1]及基本構造電路[2]

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

3 電力彈簧的MATLAB仿真[3]及實驗結果

圖3-1中用電流源代替新能源輸出的能量，電壓源代替弱電網的系統電壓。Rse和Lse在主電路里作為串聯補償，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是電力彈簧產生的電壓，Vc為主負載的電壓，Vnc為非關鍵負荷的電壓，Vdc為全橋電路電容產生的直流電壓。

此次仿真結果分為三種情況：①當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，且變化率達到50℅，臨界負荷電壓依據處在一個很穩定的狀態。

4 綜述

通過對電力彈簧的初步研究，結果證實電力彈簧能夠加載到各種類型的智能負載系統。根據非關鍵負載的性質和控制方案，這些智能負載安裝了電動彈簧可以執行電壓調節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中發揮重要重用

參考文獻

[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.