【摘 要】
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为了应对来自资源环境和气候的挑战,世界各国正在大力发展可再生能源,但是大规模分布式可再生能源并网会造成电能高效消纳困难、电力系统安全运行困难等。2012年,一种基于电力弹簧（Electric Spring,ES）的快速自动需求响应技术被提出,该技术在稳定电网电压、谐波抑制和功率平衡等方面的作用已经得到验证,同时有利于减少储能、提升电力系统调节能力、促进可再生能源进一步发展,因此受到广泛关注。现有大
【基金项目】
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国家重点研发计划资助项目（批准号:2018YFB0905804）; 广东省自然科学基金面上项目“无需非关键负载的智能电网电气弹簧构造和控制研究（2020A1515011571）”; 广东省自然科学基金研究团队项目“新能源高效电能变换（2017B030312001）”
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为了应对来自资源环境和气候的挑战,世界各国正在大力发展可再生能源,但是大规模分布式可再生能源并网会造成电能高效消纳困难、电力系统安全运行困难等。2012年,一种基于电力弹簧（Electric Spring,ES）的快速自动需求响应技术被提出,该技术在稳定电网电压、谐波抑制和功率平衡等方面的作用已经得到验证,同时有利于减少储能、提升电力系统调节能力、促进可再生能源进一步发展,因此受到广泛关注。现有大部分ES采用与非关键负载串联的拓扑结构,但这种串联型ES存在补偿能力有限、纯无功补偿模式下抑制过电压效果差等不足。为此,本文在分析串联型ES的基础上,结合LCL滤波器电容并联型无源阻尼技术,提出了一种基于LCL无源阻尼滤波器的新型ES（简称LCL-ES）。不同于串联型ES,LCL-ES将非关键负载作为LCL滤波器的电容并联无源阻尼,不仅克服了LCL滤波器无源阻尼损耗大的缺点,而且显著扩大了ES的补偿范围、提高了ES的稳压性能。本文的主要研究内容如下:1.介绍了ES的基本理论、主流拓扑,归纳了现有串联型ES的通用结构,并从功率补偿特性和电压调节范围两个角度对串联型ES进行分析;2.提出了一种基于无源阻尼LCL滤波器的新型电力弹簧拓扑——LCL-ES。具体分析了LCL-ES的工作原理和补偿特性,并与串联型ES进行了对比,接着分别对单相和三相LCL-ES进行了系统建模、关键参数和控制策略设计,最后进行了稳压和谐波补偿功能的仿真验证;3.提出了一种采用LCL-ES的分布式光伏发电系统——PV-LCL-ES,该系统可同时实现光伏发电系统的最大功率跟踪和并网功率恒定。具体分析了PV-LCL-ES的功率特性,并与采用串联型ES的分布式光伏发电系统进行了对比,然后进行了系统建模、控制策略设计以及仿真验证;4.基于半实物实验平台RT-BOX,在不同运行条件下对所提出的LCL-ES和PVLCL-ES开展了实验验证。
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