知识贴：电气弹簧及相关科研进展

电气弹簧（ES）是一种应用于负载侧的变流器装置，和非关键性负载组成智能负载调节负载功率稳定关键性负载电压，其主要应用于存在大量新能源的分布式系统，解决新能源的间歇性和不稳定性所带来的问题。

在间歇式新能源日益增长成熟的今天，电力系统中存在着大量的新能源，如风能、太阳能和地热能等。这些新能源都有一个共同的特性，那就是间歇性和不确定性。大规模风能、太阳能接入会带来很多问题，不确定性和间歇性会引起发电侧和负荷侧不匹配、电压波动、谐波污染等从而影响电网的稳定运行。

电网电压波动会使一些用电设备不能正常工作，甚至损坏一些关键性的用电设备。如医疗设备和安全系统都对电压波动比较敏感，电压波动严重时可能会危及患者的生命，造成巨大的损失。

对于电力系统中电压波动的抑制，传统的柔性交流输电装置，如静态无功发生器、统一潮流控制器和静止同步串联补偿器等也有很好的调节效果，但是这些装置或应用于中高压系统，或属于集中式控制，或需要用到通信系统，如果运行时发生故障会造成非常严重的后果。

双馈发电机对电力系统也有稳压功能但其会增加系统损耗。利用储能装置去缓冲系统中电压的波动，从而调节发电侧和用电侧的平衡，但是储能装置成本高而且会对环境造成污染。所以对于存在大量间歇式新能源的智能电网，需要找到新的思路和方法去改变负荷量决定发电量的运行方式。

电气弹簧（Electric Spring, ES）是2012年由香港大学Shu Yuen(Ron) Hui课题组提出来的，基本思想是根据胡克定理。和生活中应用的机械弹簧减振机理相似，电气弹簧和非关键性负载串联形成智能负载，把电网中的电压波动转移到非关键性负载，从而稳定公共连接点电压，使得关键性负载能够正常工作。

电气弹簧主要应用于中低压分布式系统，在系统中和非关键性负载组成智能负载，与传统的柔性交流输电装置用电量决定发电量的运行方式不同，ES可使得一部分非关键性的负载用电量随发电量波动，另一部分关键性负载始终工作在额定工况。

现在有许多文献对ES进行了研究，但是ES的研究和控制方法方面还存在一些不足，具体的调节机理和有效调节范围的分析还不是很清楚。西安交通大学、奥尔堡大学的研究人员在2020年第15期《电工技术学报》上撰文，对控制方法进行验证并对ES在低压配电网中能够调节电压的原因，控制方法和有效调节范围进行了详细的分析，并得出如下结论：

1）低压配电网中，传输线路呈现出阻感特性时，负载的无功功率和有功功率都对电压的调节有影响，ES和非关键性负载组成智能支路，自身的无功补偿和非关键性负载的功率调节共同作用调节负载功率从而调节关键性负载电压。

2）基于同步旋转坐标系下的ES的控制方法，两个电压环分别对直流侧电压和关键性负载电压进行控制，起到了解耦的效果。同时这种方法也为三相电气弹簧的控制提供了思路。

3）系统中的关键性负载和非关键性负载都对ES的调节有影响，当关键性负载容量较小非关键性负载容量较大时会使ES的调节范围更大。