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在間歇式新能源日益增長成熟的今天，電力系統(tǒng)中存在著大量的新能源，如風能、太陽能和地熱能等。這些新能源都有一個共同的特性，那就是間歇性和不確定性。大規(guī)模風能、太陽能接入會帶來很多問題，不確定性和間歇性會引起發(fā)電側(cè)和負荷側(cè)不匹配、電壓波動、諧波污染等從而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

電網(wǎng)電壓波動會使一些用電設(shè)備不能正常工作，甚至損壞一些關(guān)鍵性的用電設(shè)備。如醫(yī)療設(shè)備和安全系統(tǒng)都對電壓波動比較敏感，電壓波動嚴重時可能會危及患者的生命，造成巨大的損失。

對于電力系統(tǒng)中電壓波動的抑制，傳統(tǒng)的柔性交流輸電裝置，如靜態(tài)無功發(fā)生器、統(tǒng)一潮流控制器和靜止同步串聯(lián)補償器等也有很好的調(diào)節(jié)效果，但是這些裝置或應(yīng)用于中高壓系統(tǒng)，或?qū)儆诩惺娇刂?，或需要用到通信系統(tǒng)，如果運行時發(fā)生故障會造成非常嚴重的后果。

雙饋發(fā)電機對電力系統(tǒng)也有穩(wěn)壓功能但其會增加系統(tǒng)損耗。利用儲能裝置去緩沖系統(tǒng)中電壓的波動，從而調(diào)節(jié)發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的平衡，但是儲能裝置成本高而且會對環(huán)境造成污染。所以對于存在大量間歇式新能源的智能電網(wǎng)，需要找到新的思路和方法去改變負荷量決定發(fā)電量的運行方式。

電氣彈簧（Electric Spring, ES）是2012年由香港大學Shu Yuen(Ron) Hui課題組提出來的，基本思想是根據(jù)胡克定理。和生活中應(yīng)用的機械彈簧減振機理相似，電氣彈簧和非關(guān)鍵性負載串聯(lián)形成智能負載，把電網(wǎng)中的電壓波動轉(zhuǎn)移到非關(guān)鍵性負載，從而穩(wěn)定公共連接點電壓，使得關(guān)鍵性負載能夠正常工作。

電氣彈簧主要應(yīng)用于中低壓分布式系統(tǒng)，在系統(tǒng)中和非關(guān)鍵性負載組成智能負載，與傳統(tǒng)的柔性交流輸電裝置用電量決定發(fā)電量的運行方式不同，ES可使得一部分非關(guān)鍵性的負載用電量隨發(fā)電量波動，另一部分關(guān)鍵性負載始終工作在額定工況。

現(xiàn)在有許多文獻對ES進行了研究，但是ES的研究和控制方法方面還存在一些不足，具體的調(diào)節(jié)機理和有效調(diào)節(jié)范圍的分析還不是很清楚。西安交通大學、奧爾堡大學的研究人員在2020年第15期《電工技術(shù)學報》上撰文，對控制方法進行驗證并對ES在低壓配電網(wǎng)中能夠調(diào)節(jié)電壓的原因，控制方法和有效調(diào)節(jié)范圍進行了詳細的分析，并得出如下結(jié)論：

1）低壓配電網(wǎng)中，傳輸線路呈現(xiàn)出阻感特性時，負載的無功功率和有功功率都對電壓的調(diào)節(jié)有影響，ES和非關(guān)鍵性負載組成智能支路，自身的無功補償和非關(guān)鍵性負載的功率調(diào)節(jié)共同作用調(diào)節(jié)負載功率從而調(diào)節(jié)關(guān)鍵性負載電壓。

2）基于同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的ES的控制方法，兩個電壓環(huán)分別對直流側(cè)電壓和關(guān)鍵性負載電壓進行控制，起到了解耦的效果。同時這種方法也為三相電氣彈簧的控制提供了思路。

3）系統(tǒng)中的關(guān)鍵性負載和非關(guān)鍵性負載都對ES的調(diào)節(jié)有影響，當關(guān)鍵性負載容量較小非關(guān)鍵性負載容量較大時會使ES的調(diào)節(jié)范圍更大。

本文編自2020年第15期《電工技術(shù)學報》，原文標題為“電氣彈簧雙環(huán)解耦控制及有效運行范圍研究”，作者為賈何飛、何英杰 等。