CN109301819B - 一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法 - Google Patents

一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，对大功率敏感冲击性负荷的直流侧进行改造，增加了Boost升压变换器、双向储能变换器和蓄电池。对Boost升压变换器采用电压外环比例积分控制，电流内环比例控制，保证升压变换器的输出电压准确跟踪指令值；对双向储能变换器的外环采用柔性接口控制，实时感知冲击性负荷的功率变化，当该功率变化超过设定门限值时，柔性接口控制的输出作为电流内环指令，储能变换器的电感电流内环采用比例积分控制，保证储能变换器的电感电流准确跟踪指令值。所提大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，既能够保证大功率敏感冲击性负荷免受电压暂降和短时电压中断的影响，又能够对电网具备柔性接口功能，避免负荷的功率剧烈变化会对电网造成的冲击。

Description

一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法
技术领域
本发明涉及电能质量控制领域，特别是一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法。
背景技术
电能是一种具有经济性、清洁性、实用性且易于转换、运输和控制的二次能源，作为一种特殊的商品，其质量需要发、供、用三方共同维护。电能质量直接影响着电气设备运行特性，甚至影响电网的安全运行，所以电能质量对于社会生产的运行与人民生活意义重大。近年来，现代电网结构和电力负荷性质呈现了前所未有的变化，基于电力电子设备、计算机、微处理器的敏感负荷大量投入使用，电能质量问题越来越突出的同时，对其也提出了更高的要求，并己引起人们的广泛重视。
不同负荷具有不同的运行特性，因此受电压暂降的影响也不尽相同。有些设备受电压暂降的影响很小，如白炽灯，它只造成白识灯亮度的变化。但是一些设备会受电压暂降的影响而偏离正常运行状态，在这一类设备中，它们所能承受的电压暂降幅值也不一样，如机械装置通常发生跳闹的电压阈值为90％，而计算机却能承受幅值为50％且持续时间不超过4个周期的暂降。对于供电网中的负荷设备，如果电压发生变动或者突然变化导致其不能正常工作，我们称这类负荷为敏感设备，如计算机、可调速电机、交流接触器、可编程逻辑控制器等。在工业应用中，电压暂降对半导体工厂和练钢厂的影响较大，容易出现工业废品，从而造成巨大的经济损失。电压暂降降不仅对工业设备有影响，也影响着日常生活中的许多电力设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，保证大功率敏感冲击性负荷免受电压暂降和短时电压中断的影响，避免负荷的功率剧烈变化会对电网造成的冲击。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，在大功率敏感冲击性负荷的直流侧接Boost升压变换器和蓄电池；所述Boost升压变换器与双向储能变换器连接；当电网正常时，通过三相不可控整流和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压暂降时，通过三相不可控整流、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压短时中断时，通过蓄电池、双向储能变换器、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电。
在电网电压暂降或电压短时中断时，Boost升压变换器采用电压、电流双闭环控制；双向储能变换器的控制方法包括以下步骤：
1)在每个采样周期的起始点，对双向储能变换器的直流输出电压udc1和电感电流iL1、大功率敏感冲击性负荷的三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw分别进行采样；
2)根据三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw计算得到大功率敏感冲击性负荷的瞬时有功功率PL，PL经过微分器并除以udc1得到柔性接口控制的电流指令
Figure BDA0001834336300000021
3)对
Figure BDA0001834336300000022
求绝对值得到
Figure BDA0001834336300000023
ith为柔性接口控制的电流指令门限值，
Figure BDA0001834336300000024
为柔性接口控制的最终电流指令，如果
Figure BDA0001834336300000025
则
Figure BDA0001834336300000026
如果
Figure BDA0001834336300000027
则
Figure BDA0001834336300000028
4)将双向储能变换器的直流输出电压指令
Figure BDA0001834336300000029
和udc1相减的结果送入到PI控制器，得到电压环的输出电流指令
Figure BDA00018343363000000210
Figure BDA00018343363000000211
为电压环的最终输出电流指令，如果电网发生电压暂降故障，则
Figure BDA00018343363000000212
如果电网发生电压中断故障，则
Figure BDA00018343363000000213
5)对
Figure BDA00018343363000000214
和
Figure BDA00018343363000000215
求和得到双向储能变换器的电感电流指令
Figure BDA00018343363000000216
对
Figure BDA00018343363000000217
与双向储能变换器的电感电流iL1求差并送入到PI控制器，然后通过PWM控制得到双向储能变换器的功率管的驱动信号。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明既能够保证大功率敏感冲击性负荷免受电压暂降和短时电压中断的影响，又能够避免负荷的功率剧烈变化会对电网造成的冲击。
附图说明
图1为本发明一实施例具备低电压穿越能力的电压敏感型负荷拓扑；
图2为本发明一实施例双向储能变换器和Boost升压变换器的控制框图；
图3为本发明一实施例实验结果对比波形图。
具体实施方式
如图1所示，对大功率敏感冲击性负荷的直流侧进行改造，增加了Boost升压变换器、双向储能变换器和蓄电池。这样有三条供电支路可向大功率敏感冲击性负荷供电：当电网正常时，通过三相不可控整流和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压暂降时，通过三相不可控整流、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压短时中断时，通过蓄电池、双向储能变换器、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电。这三条供电支路可保证在电网电压暂降和中断故障时，可持续为负荷供电；当负荷功率发生剧烈变化时，通过储能装置快速补偿负荷功率剧变，减小负荷对配电网的冲击，减少电压暂降故障的发生。
如图2所示，一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，其特征在于，在电网电压暂降或电压中断时，Boost升压变换器采用电压、电流双闭环控制；双向储能变换器的控制方法主要包括以下步骤：
1)在每个采样周期的起始点，控制器启动A/D转换器，对双向储能变换器的直流输出电压udc1和电感电流iL1、大功率敏感冲击性负荷的三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw分别进行采样，所有采样数据经A/D转换器转换后，通过并行接口送给控制器进行处理；
2)根据三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw计算得到大功率敏感冲击性负荷的瞬时有功功率PL，PL经过微分器并除以udc1得到柔性接口控制的电流指令
Figure BDA0001834336300000031
3)对
Figure BDA0001834336300000032
求绝对值得到
Figure BDA0001834336300000033
ith为柔性接口控制的电流指令门限值，
Figure BDA0001834336300000034
为柔性接口控制的最终电流指令，如果
Figure BDA0001834336300000041
则
Figure BDA0001834336300000042
如果
Figure BDA0001834336300000043
则
Figure BDA0001834336300000044
4)将双向储能变换器的直流输出电压指令
Figure BDA0001834336300000045
和udc1相减的结果送入到PI控制器，得到电压环的输出电流指令
Figure BDA0001834336300000046
Figure BDA0001834336300000047
为电压环的最终输出电流指令，如果电网发生电压暂降故障，则
Figure BDA0001834336300000048
如果电网发生电压中断故障，则
Figure BDA0001834336300000049
5)对
Figure BDA00018343363000000410
和
Figure BDA00018343363000000411
求和得到双向储能变换器的电感电流指令
Figure BDA00018343363000000412
对
Figure BDA00018343363000000413
与双向储能变换器的电感电流iL1求差并送入到PI控制器，然后通过PWM控制得到双向储能变换器的功率管的驱动信号。
如图3所示，未采用大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法时，电压跌落至60％，负载不能工作；而采用所提大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法后，电网电压跌落至20％时，负载变频器依旧可以正常工作，证明了所提控制方法的有效性。

Claims (1)

1.一种大功率敏感冲击性负荷的低穿与柔性接口控制方法，其特征在于，在大功率敏感冲击性负荷的直流侧接Boost升压变换器和蓄电池；所述Boost升压变换器与双向储能变换器连接；当电网电压正常时，通过三相不可控整流和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压暂降时，通过三相不可控整流、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；当电网电压短时中断时，通过蓄电池、双向储能变换器、Boost升压变换器和负载变频器向大功率敏感冲击性负荷供电；
在电网电压暂降或电压短时中断时，Boost升压变换器采用电压、电流双闭环控制；双向储能变换器的控制方法包括以下步骤：
1)在每个采样周期的起始点，对双向储能变换器的直流输出电压udc1和电感电流iL1、大功率敏感冲击性负荷的三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw分别进行采样；
2)根据三相电压uu、uv、uw和三相电流iu、iv、iw计算得到大功率敏感冲击性负荷的瞬时有功功率PL，PL经过微分器并除以udc1得到柔性接口控制的电流指令
Figure FDA0003157868750000011
3)对
Figure FDA0003157868750000012
求绝对值得到
Figure FDA0003157868750000013
ith为柔性接口控制的电流指令门限值，
Figure FDA0003157868750000014
为柔性接口控制的最终电流指令，如果
Figure FDA0003157868750000015
则
Figure FDA0003157868750000016
如果
Figure FDA0003157868750000017
则
Figure FDA0003157868750000018
4)将双向储能变换器的直流输出电压指令
Figure FDA0003157868750000019
和udc1相减的结果送入到PI控制器，得到电压环的输出电流指令
Figure FDA00031578687500000110
Figure FDA00031578687500000111
为电压环的最终输出电流指令，如果电网发生电压暂降故障，则
Figure FDA00031578687500000112
如果电网发生电压中断故障，则
Figure FDA00031578687500000113
5)对
Figure FDA00031578687500000114
和
Figure FDA00031578687500000115
求和得到双向储能变换器的电感电流指令
Figure FDA00031578687500000116
对
Figure FDA00031578687500000117
与双向储能变换器的电感电流iL1求差并送入到PI控制器，然后通过PWM控制得到双向储能变换器的功率管的驱动信号。
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