[发明专利]一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法

说明书

本发明公布了一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法。所述方法包括如下步骤：采集分数阶电气弹簧的参数输入控制器；生成实时阶数β；生成参考电流；产生驱动信号；分数阶电气弹簧循环控制。本发明提出的分数阶电气弹簧控制方法可灵活调节阶数在0～2之间变化以进行功率补偿，维持分数阶电气弹簧的输入电压稳定。

技术领域

本发明涉及分数阶元件应用的技术领域，具体涉及一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法。

背景技术

随着可再生能源发电比例不断增大，其发电的间歇性、不稳定性对电网造成的影响也越来越突出，有可能造成电网电压、频率波动，对传统的发电模式提出了挑战。许树源团队在2012年提出了一种基于发电量调节电网电压的新型技术——电气弹簧(ElectricSpring，ES)，与非关键负载串联后可形成智能负载，能够实现发电量与用电量的自动匹配。目前，ES的众多拓扑中，除了许树源团队在2015年提出的一种ES-3拓扑，其余的ES拓扑都必须与非关键负载串联才能正常工作，这对ES的布局设计造成了一定限制。此外，非关键负载的允许波动在±20％，约束了ES的补偿范围。

现有的分数阶电气弹簧中，其阶数范围变化在-1到1之间。尽管能实现关键负载电压的稳定，但由于阶数调节范围的限制，分数阶电气弹簧只能一直吸收有功功率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法。本发明利用PI控制器对分数阶电气弹簧的输入电压与参考电压间的误差进行控制，从而产生在0～2之间实时可调的阶数。然后将实时可调的阶数送入参考电流生成模块中，根据分数阶电气弹簧电压电流关系计算并输出参考电流，电流环的控制确保分数阶电气弹簧输入电流与参考电流相等。本发明提出的分数阶电气弹簧控制方法可通过阶数的实时调节实现有功功率的消耗或释放，消除电网出现的有功功率波动对负载电压的影响。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，包括如下步骤：

S1、采集分数阶电气弹簧的参数输入控制器；

S2、生成实时阶数β；

S3、生成参考电流；

S4、产生驱动信号；

S5、分数阶电气弹簧循环控制。

进一步地，步骤S1中，交流采样模块中的锁相环电路得到分数阶电气弹簧输入电压分数阶电气弹簧输入电压的相位，DSP根据电压的过零点计算电压有效值V_in；交流采样模块中的电流霍尔传感器采样分数阶电气弹簧输入电流

进一步地，步骤S2中，令Z_β为分数阶电气弹簧的阻抗值，其定义为：

分数阶电气弹簧满足分数阶电容的电压电流关系，其中β为体现电路分数阶特性的阶次参数，范围为0～2；C_β为分数阶电气弹簧的电容值，阶数β实时可调，ω表示频率。

进一步地，设分数阶电气弹簧与一个纯阻性负载并联，负载阻值大小为R_s，此时电网输入的有功功率P_in等于分数阶电气弹簧的有功功率加上负载的有功功率；当电网出现有功功率波动时，为保证负载电压保持不变，波动功率ΔP由分数阶电气弹簧承担，负载的有功功率等于额定功率P_ref，则下式成立：