CN108199378B - 一种动态电压恢复器补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态电压恢复器补偿控制方法，其主要技术特点是：确定敏感负荷电压暂降耐受特性，获取耐受特性曲线电压上限值和对相位跳变的敏感性；确定发生电压暂降后，系统的电压幅值和相位以及暂降类型和暂降发生相；判断是否需要进行补偿；判断是否需要进行相位补偿；判断是否需要进行电压补偿；确定DVR的输出电压，同时确定在该输出电压下动态电压恢复器的最大补偿时间；判断DVR补偿工作时间T是否大于或等于补偿时间阈值；补偿电压值适当降低一定值。本发明克服了现有补偿控制方法中的能量消耗过多以及由于DVR补偿极限问题而无法补偿等不足，提高动态电压恢复器的经济性，有效地延长补偿时间。

Description

一种动态电压恢复器补偿控制方法

技术领域

本发明属于暂态电能质量扰动信号分析技术领域，尤其是一种动态电压恢复器补偿控制方法。

背景技术

随着基于微电子、电力电子和CPU等敏感设备广泛应用以及并网型分布式电源、智能化设备等大量接入电网，由电压暂降引起的用户设备损坏及停运等问题日趋多见。典型的敏感设备包括变频器、可编程逻辑控制器、交流接触器等，其在经受电压暂降扰动后可能导致设备停止运转、运转不平稳或出错、效率下降或寿命缩短等问题，进而使得生产线产量与质量下降甚至完全中断生产过程或服务活动，从而造成严重的经济损失。在机场、银行、精密电子元器件制造业、计算机网络和服务监控中心等重要场合，每次由电压暂降造成的经济损失达数十万至数百万元之多。可见，减少或减缓电压暂降的发生及其造成的危害是提高供电质量的重要内容。

动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是一种柔性配电技术装置(Distribution Flexible Alternative Current Transmission Systems，DFATS)，它串联于电源与敏感负荷之间，当系统电压正常时，DVR被旁路，当系统电压发生暂降时，DVR可以在毫秒级内迅速动作，有效的补偿暂降电压，保护敏感性负荷免受电压暂降的影响。DVR在补偿系统所需电压的同时需要给系统注入有功功率，消耗的这些有功功率由直流储能单元提供，直流储能单元容量的大小会直接影响到DVR装置的体积以及运行成本。对DVR装置采用不同的补偿控制策略会导致DVR在工作时向系统注入的有功功率和补偿电压也不同，从而会影响到DVR补偿的持续时间以及对负荷电压的补偿程度。

为了提高DVR的实时特性并且降低DVR与系统的有功交换，减少DVR储能单元的容量，增长DVR的补偿时间，需要对DVR补偿策略进行优化。目前DVR装置采用的控制策略主要有三种：完全补偿控制策略、同相补偿控制策略和最小能量补偿控制策略，完全补偿控制策略以及同相补偿控制策略虽都能较好的补偿系统在发生电压暂降时负荷所需电压，但是DVR装置在进行补偿时需要向系统注入大量的有功功率，消耗的能量比较多。传统的最小能量补偿控制策略理论比较复杂，且补偿后负荷电压相量可能存在着相位的跳变等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种动态电压恢复器补偿控制方法，用于满足DVR装置在对系统发生电压暂降扰动后能够及时准确地进行故障电压的检测与补偿，最大程度地降低DVR装置直流储能单元的能量损耗，有效地延长补偿时间。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种动态电压恢复器补偿控制方法，包括以下步骤：

步骤1、确定敏感负荷电压暂降耐受特性，获取耐受特性曲线电压上限值U_max和对相位跳变的敏感性；

步骤2、确定发生电压暂降后，系统的电压幅值U_sag和相位θ以及暂降类型和暂降发生相；

步骤3、判断是否需要进行补偿；如果是，执行步骤4，否则结束；

步骤4、判断是否需要进行相位补偿；如果是，则将相位补偿到暂降前的水平；否则，保持相位为暂降后水平；

步骤5、判断是否需要进行电压补偿；如果是，执行步骤6；否则，结束；

步骤6、确定DVR的输出电压U_DVR，同时确定在该输出电压下动态电压恢复器的最大补偿时间T_max；

步骤7：判断DVR补偿工作时间T是否大于或等于补偿时间阈值；如果是，则执行步骤8；否则，结束；

步骤8：补偿电压值适当降低一定值，使得U_Lsag＝U_max+0.05，返回步骤6求解DVR补偿输出电压值。

进一步地，所述步骤1电压暂降耐受特性曲线电压上限值U_max是指电压暂降耐受特性曲线水平部分对应的电压暂降幅值。

进一步地，所述步骤3判断是否需要进行补偿的方法是，如果电压暂降类型为三相暂降，或者电压暂降类型为单相暂降、两相暂降且敏感负荷连接在发生电压暂降的相，则需要进行补偿；否则，不进行补偿。

进一步地，所述步骤4判断是否需要进行相位补偿的方法是，如果敏感负荷对相位跳变比较敏感，则需要进行相位补偿，将相位补偿到暂降前的水平；否则，不进行相位补偿。

进一步地，所述步骤5判断是否需要进行电压补偿的方法是，比较电压暂降幅值与耐受特性曲线水平电压值U_max的大小，如果电压暂降暂降幅值比U_max大于阈值，则不需要进行电压补偿；否则，需要进行电压补偿。

进一步地，所述步骤6确定DVR的输出电压U_DVR，是指DVR输出的电压使得负荷侧电压能够满足低电压穿越条件，将该电压值设定为DVR的输出电压，在保证负荷侧电压比U_max大于阈值前提下，设定DVR的输出电压值。

进一步地，所述阈值设定为超过额定供电电压的10％。

本发明的优点和积极效果是：

本发明充分考虑了敏感负荷耐受特性，在保证敏感负荷不受电压暂降影响的前提下，降低DVR的补偿输出电压，在确定DVR补偿方式条件时简洁方便，且可以进一步减少DVR在工作时向系统注入的有功功率，降低DVR装置直流储能单元的能量损耗，提高动态电压恢复器的经济性，有效地延长补偿时间，本发明实现了较小的有功功率输出补偿了敏感负荷电压暂降功能，克服了现有补偿控制方法中的能量消耗过多以及由于DVR补偿极限问题而无法补偿等不足。

附图说明

图1是本发明的控制流程图；

图2是动态电压恢复器(DVR)的工作原理示意图；

图3a是ITIC曲线、SEMI F47曲线和C4.110工作组给出的敏感设备耐受特性曲线；

图3b是暂降持续时间和暂降幅值的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

DVR的工作原理如图2所示，动态电压补偿器DVR串联在系统电源US和敏感负荷之间，负荷电压U_L为系统电压US与DVR补偿电压之和。正常运行时，电源电压在允许范围之内，DVR输出补偿电压为0，负荷电压U_L等于系统电压US。当系统发生电压暂降时，DVR输出补偿电压U_DVR，使负荷电压U_L运行在允许的范围之内。确定DVR补偿策略的过程，即为确定DVR输出电压的幅值和相位的过程。

本发明是考虑敏感负荷电压暂降耐受特性的动态电压恢复器补偿控制方法，其通过暂降类型、暂降发生相和敏感负荷接入相，判断是否进行补偿；通过敏感负荷电压暂降耐受特性，确定DVR输出电压和相位的补偿控制方法；由于暂降持续时间无法提前预知，考虑采用适当降低补偿电压的方法以延长DVR的补偿时间。所述敏感负荷电压暂降耐受特性是指现有标准规范中给出的适用于相关敏感设备的暂降耐受特性，如适用于半导体行业的SEMI F47曲线、适用于电子信息行业ITIC曲线以及C4.110工作组给出的敏感设备耐受特性曲线，或某类设备实际测试的敏感曲线以及相关实测数据等。

本发明的具体实现方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：确定敏感负荷电压暂降耐受特性，获取耐受特性曲线电压上限值U_max和对相位跳变的敏感性。

在本步骤中，电压暂降耐受特性曲线电压上限值U_max是指电压暂降耐受特性曲线水平部分对应的电压暂降幅值。图3a是ITIC曲线、SEMIF47曲线和C4.110工作组给出的敏感设备耐受特性曲线，可以作为敏感负荷电压暂降耐受特性曲线的代表。在图3a中，ITIC曲线、SEMIF47曲线和C4.110工作组给出的敏感设备耐受特性曲线有多个水平部分，此时取多个水平部分对应的最大暂降幅值为U_max，即U_max等于0.8(此处及下文均用标幺值表示)。

步骤2：确定发生电压暂降后，系统的电压的幅值(残余电压)U_sag和相位θ以及暂降类型(单相暂降、两相暂降或者三相暂降)和暂降发生相。

步骤3：判断是否需要进行补偿；如果是，执行步骤四，否则结束。

本步骤判断是否需要进行补偿的方法是，如果电压暂降类型为三相暂降，或者电压暂降类型为单相暂降、两相暂降且敏感负荷连接在发生电压暂降的相，则需要进行补偿，将相位补偿到暂降前的水平；否则，不进行相位补偿，结束。

步骤4：判断是否需要进行相位补偿；如果是，则将相位补偿到暂降前的水平；否则，保持相位为暂降后水平。

本步骤的判断方法如图3b所示，某设备在不同相位跳变下的耐受特性差异明显，则将相位补偿到暂降前的水平；否则，保持暂降后电压相位不变。

步骤5：判断是否需要进行电压补偿；如果是，执行步骤6；否则，结束；

本步骤判断是否需要进行电压补偿方法为：比较电压暂降幅值U_sag与耐受特性曲线水平电压值U_max的大小，如果电压暂降暂降幅值U_sag比U_max大一定的阈值(如10％的额定供电电压U_N)，则不需要进行电压补偿，结束；否则，需要进行电压补偿。

步骤6：确定DVR的输出电压U_DVR，同时确定在该输出电压下动态电压恢复器的最大补偿时间T_max。

在本步骤中，确定DVR的输出电压U_DVR是指动态电压恢复器输出的电压使得负荷侧电压能够满足低电压穿越条件，将该电压值设定为DVR的输出电压。为了避免检测过程带来的误差对后续计算的影响，在此设定一定的阈值(如10％的额定供电电压U_N)，在保证负荷侧电压比U_max大10％的额定供电电压前提下(也就是使得补偿后负荷侧电压U_Lsag等于U_max+0.1)，设定动态电压恢复器的输出电压值。

假设系统发生三相对称暂降，暂降前负荷侧电压为1，相角为0°，负载电流的幅值为I_L，相角为

DVR补偿后检测到的负载电流幅值为I_Lsag，相位为α，DVR储能单元储存的能量为W，分以下两种情况：

(1)不进行相位补偿

暂降后负荷侧电压相位保持θ不变，DVR补偿电压幅值为

U_DVR＝U_Lsag-U_sag (1)

负荷侧吸收的功率为

系统电源提供的总功率为

则DVR提供的功率为

DVR的最大补偿时间为

(2)进行相位补偿

暂降前后负荷侧电压相位保持0°不变，DVR补偿电压幅值为

负荷侧吸收的功率为

系统电源提供的总功率为

则DVR提供的功率为

DVR的最大补偿时间为

上述计算方法适用于三相对称暂降，如果发生单相暂降、两相暂降或者三相不对称暂降，也可以使用上述方法逐相进行计算，此时公式中各个量均表示暂降相的对应值，然后再将各相计算功率求和得到总功率。

步骤7：判断DVR补偿工作时间T是否大于或等于补偿时间阈值(如取0.6T_max)；如果是，则执行步骤8；否则，结束；

步骤8：补偿电压值适当降低一定值，使得U_Lsag＝U_max+0.05，返回步骤6求解DVR补偿输出电压值。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、确定敏感负荷电压暂降耐受特性，获取耐受特性曲线电压上限值U_max和对相位跳变的敏感性；

步骤2、确定发生电压暂降后，系统的电压幅值U_sag和相位θ以及暂降类型和暂降发生相；

步骤3、判断是否需要进行补偿；如果是，执行步骤4，否则结束；

步骤4、判断是否需要进行相位补偿；如果是，则将相位补偿到暂降前的水平；否则，保持相位为暂降后水平；

步骤5、判断是否需要进行电压补偿；如果是，执行步骤6；否则，结束；

步骤6、确定DVR的输出电压U_DVR，同时确定在该输出电压下动态电压恢复器的最大补偿时间T_max；

步骤7：判断DVR补偿工作时间T是否大于或等于补偿时间阈值；如果是，则执行步骤8；否则，结束；

步骤8：补偿电压值适当降低一定值，使得U_Lsag＝U_max+0.05，返回步骤6求解DVR补偿输出电压值；

所述步骤4判断是否需要进行相位补偿的方法是，如果敏感负荷对相位跳变比较敏感，则需要进行相位补偿，将相位补偿到暂降前的水平；否则，不进行相位补偿。

2.根据权利要求1所述的一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于：所述步骤1电压暂降耐受特性曲线电压上限值U_max是指电压暂降耐受特性曲线水平部分对应的电压暂降幅值。

3.根据权利要求1所述的一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于：所述步骤3判断是否需要进行补偿的方法是，如果电压暂降类型为三相暂降，或者电压暂降类型为单相暂降、两相暂降且敏感负荷连接在发生电压暂降的相，则需要进行补偿；否则，不进行补偿。

4.根据权利要求1所述的一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于：所述步骤5判断是否需要进行电压补偿的方法是，比较电压暂降幅值与耐受特性曲线水平电压值U_max的大小，如果电压暂降幅值比U_max大于阈值，则不需要进行电压补偿；否则，需要进行电压补偿。

5.根据权利要求1所述的一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于：所述步骤6确定DVR的输出电压U_DVR，是指DVR输出的电压使得负荷侧电压能够满足低电压穿越条件，将该电压值设定为DVR的输出电压，在保证负荷侧电压比U_max大于阈值前提下，设定DVR的输出电压值。

6.根据权利要求5所述的一种动态电压恢复器补偿控制方法，其特征在于：所述阈值设定为超过额定供电电压的10％。

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