CN106451410B - 一种直流动态电压恢复器及恢复方法 - Google Patents

一种直流动态电压恢复器及恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种直流动态电压恢复器及恢复方法，所述直流动态电压恢复器包括检测单元用于检测所述负载的前K拍的负载电压；控制单元分别与检测单元和储能单元连接，用于根据负载电压判断是否对负载进行电压补偿，并在确定对负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值，并将表征补偿电压值的控制信号发送至储能单元；储能单元与直流配电网连接，用于根据所述控制信号输出对应所述补偿电压值的直流电压。本发明直流动态电压恢复器通过实时检测负载的负载电压，能够判断是否需要对负载进行电压补偿，并准确确定对应的补偿电压，与直流配电网输出的电源电压共同作用到负载，从而能够在电压暂降、跌落时及时提供补偿电压，以提高电能质量。

Description

一种直流动态电压恢复器及恢复方法
技术领域
本发明涉及直流供电技术领域，特别是涉及一种直流动态电压恢复器及恢复方法。
背景技术
近年来，直流配电技术快速发展，直流供电展现出巨大的优越性。但是由于当前直流配电理论和技术的不成熟，使得新型直流配电网易出现的电压暂降、跌落等电能质量问题，严重影响直流用电设备的正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流动态电压恢复器，可在电压暂降、跌落时提供补偿电压，以提高电能质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种直流动态电压恢复器，所述直流动态电压恢复器设置在直流配电网与负载之间；所述直流动态电压恢复器包括检测单元、控制单元及储能单元；其中，
所述检测单元用于检测所述负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；
所述控制单元分别与所述检测单元和储能单元连接，用于根据所述负载电压判断是否对所述负载进行电压补偿，并在确定对所述负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值，并将表征所述补偿电压值的控制信号发送至所述储能单元；
所述储能单元与直流配电网连接，用于根据所述控制信号输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与所述直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载上。
可选的，所述直流动态电压恢复器还包括：
升压模块，设置在所述储能单元与直流配电网之间，用于对直流电压升压，获得补偿电压UVDR，且所述补偿电压UVDR与电源电压US叠加至所述负载上。
可选的，所述升压模块包括：
逆变单元，与所述储能单元连接，用于将所述直流电压转化为交流电压；
高频变压单元，与所述逆变单元连接，用于对所述交流电压升压获得交流高压；
整流单元，与所述高频变压单元连接，用于将所述交流高压转换为直流的补偿电压UVDR。
可选的，所述升压模块还包括：
滤波单元，设置在所述逆变单元与所述高频变压单元之间，用于滤除所述交流电压中的干扰信号。
可选的，所述控制单元包括：
预测子单元，用于根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref；
比较子单元，用于比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态；
电压差值计算子单元，用于在所述比较子单元判定需要对所述负载进行电压补偿后，根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；
电压调节子单元，用于对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；
电流差值计算子单元，用于根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；
电流调节子单元，用于对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；
补偿电压确定子单元，用于根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
可选的，所述直流动态电压恢复器还包括：
旁路开关，与所述整流单元并联连接，设置在所述直流配电网与负载之间；
开关电容，与所述旁路开关并联。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明直流动态电压恢复器通过实时检测负载的负载电压，能够判断是否需要对负载进行电压补偿，并准确确定对应的补偿电压，使得补偿电压与直流配电网输出的电源电压共同作用到负载，从而能够在电压暂降、跌落时及时提供补偿电压，以提高电能质量。
本发明的目的是提供一种直流动态电压恢复方法，可在电压暂降、跌落时提供补偿电压，以提高电能质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种使用上述直流动态电压恢复器的直流动态电压恢复方法，所述直流动态电压恢复方法包括：
检测负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；
根据所述负载电压判断是否对所述负载进行电压补偿；
在确定对所述负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值；
控制输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载上。
可选的，所述判断是否对所述负载进行电压补偿的方法包括：
根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref；
比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态。
可选的，根据所述负载电压确定补偿电压的方法包括：
在判定需要对所述负载进行电压补偿后，根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；
对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；
根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；
对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；
根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
可选的，所述设定阈值为额定电压的90％。
相对于现有技术，本发明直流动态电压恢复方法与上述直流动态电压恢复器相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明直流动态电压恢复器的结构示意图；
图2为本发明直流动态电压恢复器中控制单元的模块结构示意图；
图3为直流母线电压仿真波形图；
图4为负载电压仿真波形图；
图5为本发明直流动态电压恢复器输出电压仿真波形图；
图6为本发明直流动态电压恢复方法的流程图；
图7为本发明中确定补偿电压的流程图.。
符号说明：
直流配电网 1 负载 2
控制单元 3 预测子单元 31
比较子单元 32 电压差值计算子单元 33
电压调节子单元 34 电流差值计算子单元 35
电流调节子单元 36 补偿电压确定子单元 37
储能单元 4 逆变单元 5
高频变压单元 6 整流单元 7
滤波单元 8 旁路开关 9
开关电容 10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种本发明直流动态电压恢复器，通过实时检测负载的负载电压，能够判断是否需要对负载进行电压补偿，并准确确定对应的补偿电压，使得补偿电压与直流配电网输出的电源电压共同作用到负载，从而能够在电压暂降、跌落时及时提供补偿电压，以提高电能质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明直流动态电压恢复器设置在直流配电网1与负载2之间。其中，本发明直流动态电压恢复器包括检测单元(图中未示处)、控制单元3及储能单元4。
所述检测单元检测所述负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；所述控制单元3分别与所述检测单元和储能单元4连接，用于根据所述负载电压判断是否对所述负载2进行电压补偿，并在确定对所述负载2进行电压补偿时，根据所述负载电压确定补偿电压值，并将表征所述补偿电压值的控制信号发送至所述储能单元4；所述储能单元4与直流配电网1连接，用于根据所述控制信号输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与所述直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载2上。
优选地，本发明直流动态电压恢复器还包括升压模块，所述升压模块设置在所述储能单元4与直流配电网1之间，用于对直流电压升压，获得补偿电压UVDR，且所述补偿电压UVDR与电源电压US叠加至所述负载2上。
进一步地，所述升压模块包括逆变单元5、高频变压单元6及整流单元7；其中，所述逆变单元5与所述储能单元4连接，将所述直流电压转化为交流电压；所述高频变压单元6与所述逆变单元5连接，用于对所述交流电压升压获得交流高压；所述整流单元7与所述高频变压单元6连接，用于将所述交流高压转换为直流的补偿电压UVDR。在本实施例中，所述高频变压单元6为高频变压器。
通过逆变单元5及整流单元7的设置，实现电压的直—交—直转换；通过设置高频变压单元6可有效增加电压的补偿范围，实现电气隔离。
优选地，所述升压模块还包括滤波单元8，所述滤波单元8设置在所述逆变单元5与所述高频变压单元6之间，用于滤除所述交流电压中的干扰信号。通过设置滤波单元8可有效提高输出电压的连续性和平滑性。在本实施例中，所述滤波单元8为LC滤波器；进一步地，所述滤波单元8为高频滤波结构，以减少设备的体积。
如图2所示，所述控制单元3包括预测子单元31、比较子单元32、电压差值计算子单元33、电压调节子单元34、电流差值计算子单元35、电流调节子单元36及补偿电压确定子单元37；其中，所述预测子单元31根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref；所述比较子单元32比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态；在所述比较子单元32判定需要对所述负载进行电压补偿后，所述电压差值计算子单元33根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；所述电压调节子单元34对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；所述电流差值计算子单元35根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；所述电流调节子单元36对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；所述补偿电压确定子单元37根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
本发明直流动态电压恢复器通过外推预测算法对负载的负载电压进行无差拍预测，以提高系统的动态响应速度；通过采用电压环、电流环的双闭环比例积分控制，对产生的补偿电压控制信号进行跟踪，使整个系统具有良好的动态和稳态特性。
其中，所述设定阈值为额定电压的90％，当所述预测电压<设定阈值时，则判定需要对所述负载进行电压补偿，也就是说，当预测电压Uref跌落的幅值超过额定电压的10％，则母线电压出现暂降、跌落等现象，则需要进行电压补偿；当母线电压恢复正常，则停止电压补偿。。
此外，本发明直流动态电压恢复器还包括旁路开关9和开关电容10；其中，所述旁路开关9与所述整流单元7并联连接，设置在所述直流配电网1与负载2之间；所述开关电容10，与所述旁路开关9并联。
当负荷或者系统短路时，通过闭合所述旁路开关9，保护本发明直流动态电压恢复器；或者在本发明直流动态电压恢复器故障时，通过操作所述旁路开关9断开本发明直流动态电压恢复器与负载2的连接。
下面通过仿真实验进一步验证本发明在电压补偿的动态响应速度和稳态精度较。如图3-图5所示，为本发明在Mtalab/simulink仿真软件中搭建的仿真平台的仿真结果，对直流配电系统中出现电压跌落故障，本发明直流动态电压恢复器投入运行进行仿真，仿真直流母线电压选取500V。图3为仿真的系统电压波形，系统在0.2s时发生电压跌落，跌落深度为60％(300V)，跌落持续时间为600ms，在0.8s时母线电压恢复至500V；图4为经本发明直流动态电压恢复器补偿后的负载电压波形，本发明直流动态电压恢复器在系统电压跌落额定电压值的10％后启动，0.7ms补偿至系统正常电压，具有良好的动态响应性能；图5为本发明直流动态电压恢复器的输出电压波形，通过仿真波形可以看出本发明直流动态电压恢复器的动态响应速度快，稳态精度较高。
此外，本发明还提供了一种直流动态电压恢复方法。如图6所示，本发明直流动态电压恢复方法包括：
步骤100：检测负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；
步骤200：根据所述负载电压判断是否对所述负载进行电压补偿；
步骤300：在确定对所述负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值；
步骤400：控制输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载上。
在步骤200中，所述判断是否对所述负载进行电压补偿的方法包括：
步骤210.：根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref。
在本实施例中，K＝3。通过检测前三拍的负载电压，计算第四拍的预测电压值，可提供系统的动态响应速度。
步骤220：比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态。
在本实施例中，所述设定阈值为额定电压的90％；当所述预测电压<设定阈值时，则判定需要对所述负载进行电压补偿，也就是说，当预测电压Uref跌落的幅值超过额定电压的10％，则母线电压出现暂降、跌落等现象，则需要进行电压补偿；当母线电压恢复正常，则停止电压补偿。
如图7所示，在步骤300中，根据所述负载电压确定补偿电压的方法包括：
步骤310：在判定需要对所述负载进行电压补偿后，根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；
步骤320：对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；
步骤330：根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；
步骤340：对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；
步骤350：根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
本发明采用电压环、电流环的双环PI控制，对补偿电压控制信号进行跟踪，可提高的动态响应速度和输出电压的稳态精度，实现了电压补偿的精确性和快速性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种直流动态电压恢复器，其特征在于，所述直流动态电压恢复器设置在直流配电网与负载之间；所述直流动态电压恢复器包括检测单元、控制单元及储能单元；其中，
所述检测单元用于检测所述负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；
所述控制单元分别与所述检测单元和储能单元连接，用于根据所述负载电压判断是否对所述负载进行电压补偿，并在确定对所述负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值，并将表征所述补偿电压值的控制信号发送至所述储能单元；
所述储能单元与直流配电网连接，用于根据所述控制信号输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与所述直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载上；
所述直流动态电压恢复器还包括：升压模块，设置在所述储能单元与直流配电网之间，用于对直流电压升压，获得补偿电压UVDR，且所述补偿电压UVDR与电源电压US叠加至所述负载上；
所述控制单元包括：预测子单元，用于根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref；比较子单元，用于比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态；电压差值计算子单元，用于在所述比较子单元判定需要对所述负载进行电压补偿后，根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；电压调节子单元，用于对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；电流差值计算子单元，用于根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；电流调节子单元，用于对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；补偿电压确定子单元，用于根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
2.根据权利要求1所述的直流动态电压恢复器，其特征在于，所述升压模块包括：
逆变单元，与所述储能单元连接，用于将所述直流电压转化为交流电压；
高频变压单元，与所述逆变单元连接，用于对所述交流电压升压获得交流高压；
整流单元，与所述高频变压单元连接，用于将所述交流高压转换为直流的补偿电压UVDR。
3.根据权利要求2所述的直流动态电压恢复器，其特征在于，所述升压模块还包括：
滤波单元，设置在所述逆变单元与所述高频变压单元之间，用于滤除所述交流电压中的干扰信号。
4.根据权利要求2所述的直流动态电压恢复器，其特征在于，所述直流动态电压恢复器还包括：
旁路开关，与所述整流单元并联连接，设置在所述直流配电网与负载之间；
开关电容，与所述旁路开关并联。
5.根据权利要求3所述的直流动态电压恢复器，其特征在于，所述直流动态电压恢复器还包括：
旁路开关，与所述整流单元并联连接，设置在所述直流配电网与负载之间；
开关电容，与所述旁路开关并联。
6.一种使用根据权利要求1-5中任一项所述的直流动态电压恢复器的直流动态电压恢复方法，其特征在于，所述直流动态电压恢复方法包括：
检测负载的前K拍的负载电压，其中，K≥1；
根据所述负载电压判断是否对所述负载进行电压补偿；
在确定对所述负载进行电压补偿后，根据所述负载电压确定补偿电压值；
控制输出对应所述补偿电压值的直流电压，且所述直流电压与直流配电网输出的电源电压叠加至所述负载上；
所述判断是否对所述负载进行电压补偿的方法包括：
根据所述检测单元采集的前K拍的负载电压，获得第K+1拍的预测电压Uref；比较所述预测电压与设定阈值的大小，如果所述预测电压<设定阈值，则判定需要对所述负载进行电压补偿；如果所述预测电压≥设定阈值，则停止对所述负载的电压补偿或者维持原来的运行状态；
根据所述负载电压确定补偿电压的方法包括：
在判定需要对所述负载进行电压补偿后，根据所述预测电压Uref与所述补偿电压UVDR确定电压误差信号；对所述电压误差信号进行比例积分处理得到电流环参考信号；根据所述电流环参考信号以及所述负载的瞬时电流信号确定电流误差信号；对所述电流误差信号进行比例积分处理得到内环控制信号；根据所述内环控制信号得到补偿电压值。
7.根据权利要求6所述的直流动态电压恢复方法，其特征在于，所述设定阈值为额定电压的90％。
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