- 頭條科研簡報：電氣彈簧及相關科研進展2021-09-06 作者：賈何飛 何英杰 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電氣彈簧（ES）是一種應用于負載側的變流器裝置，和非關鍵性負載組成智能負載調節負載功率穩定關鍵性負載電壓，其主要應用于存在大量新能源的分布式系統，解決新能源的間歇性和不穩定性所帶來的問題。
在間歇式新能源日益增長成熟的今天，電力系統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電側和負荷側不匹配、電壓波動、諧波污染等從而影響電網的穩定運行。
電網電壓波動會使一些用電設備不能正常工作，甚至損壞一些關鍵性的用電設備。如醫療設備和安全系統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。
對于電力系統中電壓波動的抑制，傳統的柔性交流輸電裝置，如靜態無功發生器、統一潮流控制器和靜止同步串聯補償器等也有很好的調節效果，但是這些裝置或應用于中高壓系統，或屬于集中式控制，或需要用到通信系統，如果運行時發生故障會造成非常嚴重的后果。
雙饋發電機對電力系統也有穩壓功能但其會增加系統損耗。利用儲能裝置去緩沖系統中電壓的波動，從而調節發電側和用電側的平衡，但是儲能裝置成本高而且會對環境造成污染。所以對于存在大量間歇式新能源的智能電網，需要找到新的思路和方法去改變負荷量決定發電量的運行方式。
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，基本思想是根據胡克定理。和生活中應用的機械彈簧減振機理相似，電氣彈簧和非關鍵性負載串聯形成智能負載，把電網中的電壓波動轉移到非關鍵性負載，從而穩定公共連接點電壓，使得關鍵性負載能夠正常工作。
電氣彈簧主要應用于中低壓分布式系統，在系統中和非關鍵性負載組成智能負載，與傳統的柔性交流輸電裝置用電量決定發電量的運行方式不同，ES可使得一部分非關鍵性的負載用電量隨發電量波動，另一部分關鍵性負載始終工作在額定工況。
現在有許多文獻對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，具體的調節機理和有效調節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《電工技術學報》上撰文，對控制方法進行驗證并對ES在低壓配電網中能夠調節電壓的原因，控制方法和有效調節范圍進行了詳細的分析，并得出如下結論：
1）低壓配電網中，傳輸線路呈現出阻感特性時，負載的無功功率和有功功率都對電壓的調節有影響，ES和非關鍵性負載組成智能支路，自身的無功補償和非關鍵性負載的功率調節共同作用調節負載功率從而調節關鍵性負載電壓。
2）基于同步旋轉坐標系下的ES的控制方法，兩個電壓環分別對直流側電壓和關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）系統中的關鍵性負載和非關鍵性負載都對ES的調節有影響，當關鍵性負載容量較小非關鍵性負載容量較大時會使ES的調節范圍更大。
本文編自2020年第15期《電工技術學報》，原文標題為“電氣彈簧雙環解耦控制及有效運行范圍研究”，作者為賈何飛、何英杰 等。
