CN111416362B - 绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法 - Google Patents

绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法，应用于电力系统上，该电力系统包括负载和给负载供电的交流电以及连接在负载和交流电之间的绕组结构的动态电压恢复器，该绕组结构的动态电压恢复器包括变压器以及与变压器连接的两组补偿模块，补偿模块用于给负载提供补偿电压。该绕组结构的动态电压恢复器根据交流电供电电压出现突变现象，该绕组结构的动态电压恢复器能向父爱配电线路注入幅值、相位可控的串联补偿电压，能够实现负载侧电网电压稳定，确保负载的持续稳定工作，避免交流电电压波动带来的负面损失，解决了现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。

Description

绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电网供电技术领域，尤其涉及一种绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法。
背景技术
在电网供电系统中，主要影响电网供电的电能质量因数主要是电压波动。电压波动包括电压暂升、暂降、闪边等，这些影响电能质量因数轻则会影响电网供电的负载的正常运行，重则毁坏负载，甚至会使电网供电系统奔溃。
随着电网中高精密仪器、半导体工厂等敏感负荷的广泛应用，电网中出现的电能质量问题会带来了巨大的经济损害，严重威胁精密设备的正常运行。经过调查得知，我国每年停电及电能质量造成的损失在百亿美元，单是化工行业的一次电压跌落所造成的损失在50万美元。
目前，国内半导体企业大量发展，全部生产线的自动化程度很高，采用了大量的PLC控制器，因此，电压波动对其影响很大。且每次电压波动，不仅会影响企业当时在生产线的大量产品出现质量问题而报废，而且可能引起控制器控制程序紊乱，生成模具的损坏，从而导致每次停电造成的损失按近百万元会造成巨大的经济损失。
因此，针对上述情况，如何让电力系统在电网电压发生突变时，动态电压恢复器向配电线路注入幅值、相位可控的串联补偿电压，实现负荷电压恒定成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法，用于解决现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载和给所述负载供电的交流电以及连接在所述负载和所述交流电之间的绕组结构的动态电压恢复器，该绕组结构的动态电压恢复器包括变压器以及与所述变压器连接的两组补偿模块；
所述补偿模块用于给所述负载提供补偿电压，每组所述补偿模块包括补偿电源、与补偿电源连接的逆变器和与所述逆变器输出端连接的滤波电路，所述滤波电路与所述变压器连接。
优选地，两组所述补偿模块分别为第一补偿模块和第二补偿模块；
所述第一补偿模块包括第一补偿电源、第一逆变器和第一滤波电路；
所述第二补偿模块包括第二补偿电源、第二逆变器和第二滤波电路；
其中，当所述第一补偿模块出现故障时，所述第一逆变器的输出端短接，所述第二补偿模块给所述负载提供补偿电压；当所述第二补偿模块出现故障时，所述第二逆变器的输出端短接，所述第一补偿模块给所述负载提供补偿电压；
所述第一逆变器与所述第二逆变器串联连接。
优选地，所述第一逆变器和所述第二逆变器均为二电平逆变器或三电平逆变器；或者所述第一逆变器为三电平逆变器，所述第二逆变器为二电平逆变器；或者所述第一逆变器为二电平逆变器，所述第二逆变器为三电平逆变器。
优选地，所述变压器上设置有三个输入端、三个第一连接端、三个第二连接端和三个输出端，三个所述输入端与所述交流电连接，三个所述第一连接端与所述第一逆变器的输出端连接，三个所述第二连接端与所述第二逆变器的输出端连接，三个所述输出端分别与所述负载的三相连接。
优选地，所述逆变器为三相全桥结构或三相四桥臂结构的逆变器。
优选地，所述补偿电源为铅酸蓄电池组或带充电的电池组。
本发明还提供一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载和给所述负载供电的交流电以及连接在所述负载和所述交流电之间的绕组结构的动态电压恢复器，该绕组结构的动态电压恢复器包括变压器以及与所述变压器连接的补偿模块；
所述补偿模块用于给所述负载提供补偿电压，所述补偿模块包括补偿电源、分别与补偿电源连接的第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器的输出端与所述第二逆变器的输出端之间连接有滤波电路，所述滤波电路与所述变压器连接，所述第一逆变器和所述第二逆变器串联连接。
本发明还提供一种基于上述所述绕组结构的动态电压恢复器的控制方法，包括：
若交流电供电电压出现突变，两组补偿模块给负载提供补偿电压；
若其中一组所述补偿模块无法给所述负载提供补偿电压，另一组所述补偿模块给所述负载提供补偿电压。
优选地，该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法还包括：
若所述交流电供电电压出现突变，控制两组所述补偿模块独立给所述负载的三相提供补偿电压。
从以上技术方案可以看出，本发明的实施例具有的优点：
1.该绕组结构的动态电压恢复器根据交流电供电电压出现突变现象，该绕组结构的动态电压恢复器能向父爱配电线路注入幅值、相位可控的串联补偿电压，能够实现负载侧电网电压稳定，确保负载的持续稳定工作，避免交流电电压波动带来的负面损失，解决了现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。该供电控制电路可应用在高精度负载供电或者电网电能质量较差的应用场合，使用范围广；
2.该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法根据交流电供电电压出现突变控制补偿模块给负载提供补偿电压，确保负载的持续稳定工作，避免交流电电压波动带来的负面损失，解决了现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法还可以通过控制两组补偿模块独立给负载的三相提供补偿电压，实现不平衡负载的电压补偿；也可以通过容错方式控制补偿模块给负载提供补偿电压，提高该绕组结构的动态电压恢复器的可靠性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。
图1为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的电路结构图。
图2为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的电路图。
图3为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器另一的电路图。
图4为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的单台逆变器空间矢量图。
图5为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的两组逆变器合成矢量图。
图6为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器又一的电路图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
随着工业的发展，工业厂家中的高精密仪器、半导体工厂等敏感负载的广泛应用，电力中出现的电能质量问题会给厂家带来了巨大的经济损害，严重威胁精密设备的正常运行。
目前经过调查发现，我国每年因电网停电而给负载供电的电压发生突变造成的损失在百亿美元，单是化工行业的一次电压跌落所造成的损失在50万美元。而国内半导体企业大量发展，全部生产线的自动化程度很高，采用了大量的PLC控制器，因每次电压波动，不仅当时在生产线的大量产品出现质量问题而报废，而且可能引起控制程序紊乱，模具损坏，重新启动整条生产线也至少需要半个小时，每次停电造成的损失按近百万元会造成巨大的经济损失。
在本实施例中，电网提供交流电的电压突变为电压暂升、暂降等情况。
因此，本申请实施例提供了一种绕组结构的动态电压恢复器及其控制方法，在电网提供的交流电给负载供电发生电压突变情况下，采用绕组结构的动态电压恢复器向配电线路注入幅值、相位可控的串联补偿电压，能够实现负载侧电网电压稳定，用于解决现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的电路结构图。
如图1所示，本发明实施例提供一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载20和给负载20供电的交流电10以及连接在负载20和交流电10之间的绕组结构的动态电压恢复器30，该绕组结构的动态电压恢复器30包括变压器TR1以及与变压器TR1连接的两组补偿模块31；
补偿模块31用于给负载20提供补偿电压，每组补偿模块31包括补偿电源、与补偿电源连接的逆变器和与逆变器输出端连接的滤波电路，滤波电路与变压器连接。
需要说明的是，根据交流电10给负载20供电的电压发生突变，该绕组结构的动态电压恢复器30给负载30提供补偿电压，确保负载20的电压稳定，使得负载20正常运行。
在本申请的实施例中，交流电10为电力电网中的提供的电源。
在本申请的实施例中，逆变器可以选用三相全桥结构的逆变器，也可以选用三相四桥臂结构的逆变器。
需要说明的是，逆变器可以为二电平逆变器也可以为三电平逆变器。
本申请实施例提供的一种绕组结构的动态电压恢复器根据交流电供电电压出现突变现象，该绕组结构的动态电压恢复器能向父爱配电线路注入幅值、相位可控的串联补偿电压，能够实现负载侧电网电压稳定，确保负载的持续稳定工作，避免交流电电压波动带来的负面损失，解决了现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。该供电控制电路可应用在高精度负载供电或者电网电能质量较差的应用场合，使用范围广。
图2为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的电路图，图3为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器另一的电路图。
如图2所示，两组补偿模块31分别为第一补偿模块和第二补偿模块；
第一补偿模块包括第一补偿电源BAT1、第一逆变器INV1和第一滤波电路；第二补偿模块包括第二补偿电源BAT2、第二逆变器INV2和第二滤波电路；第一逆变器INV1与第二逆变器INV2串联连接。其中，当第一补偿模块出现故障时，第一逆变器INV1的输出端短接，第二补偿模块给负载2提供补偿电压；当第二补偿模块出现故障时，第二逆变器INV2的输出端短接，第一补偿模块给负载20提供补偿电压。在本实施例中，具体地，当第一逆变器INV1故障时，封锁第一逆变器INV1全部脉冲，即是将第一逆变器INV1输出端的a1、b1、c1短接一起，此时第二逆变器INV2独立工作，进行给负载20提供电压补偿；当第二逆变器INV2故障时，封锁第二逆变器INV2全部脉冲，即是将第二逆变器INV2的输出端a2、b2、c2短接一起，此时第一逆变器INV1独立工作，进行给负载20提供电压补偿。从而使得该绕组结构的动态电压恢复器30具备容错能力。
需要说明的是，第一逆变器INV1和第二逆变器INV2均为二电平逆变器或三电平逆变器；或者第一逆变器INV1为三电平逆变器，第二逆变器INV2为二电平逆变器；或者第一逆变器INV1为二电平逆变器，第二逆变器INV2为三电平逆变器。
图4为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的单台逆变器空间矢量图，图5为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器的两组逆变器合成矢量图。
在本申请的实施例中，该绕组结构的动态电压恢复器30的每组补偿模块31可以单独控制给负载20的每相提供补偿电压。具体地，建立单相静止abc坐标系如图4所示，通过以下计算公式可以得到两组补偿模块31给负载20提供补充电压的电压值，公式如下：
Vi＝VC+Ifrf+LfdIfdt＝Vx1-Vx2
If＝IC+nI1
IC＝CfdVCdt
Vdvr＝n(Vc-LtdI1dt)
V2＝V1+Vdvr
式中，如图4所示，V1和V2分别为变压器TR1两端电压，Vdrv为补偿模块31给负载20提供补充电压的电压值，负载由Ll和rl构成，变压器TR1的变比为1：n。If、IC、I1分别为滤波电感的电流、滤波电容的电流和负载的电流，逆变器输出电压为Vi，Vi是由第一逆变器INV1和第二逆变器INV2的电压Vx1、Vx2共同构成。在本实施例，变压器TR1上设置有三个输入端、三个第一连接端、三个第二连接端和三个输出端，三个输入端与交流电10连接，三个第一连接端分别与第一逆变器INV1的输出端a1、b1、c1连接，三个第二连接端分别与第二逆变器INV的输出端a2、b2、c2连接，三个输出端分别与负载20的三相连接。由于负载20具有三相，补偿模块31既可以实现负载20的电压三相平衡波动补偿，又可以实现负载20的三相不平衡波动补偿。
如图5所示，在本实施例中，双三电平逆变器产生的电压空间矢量Vref是由两组逆变器单独作用电压空间矢量叠加而成，即Vref＝Vs1-Vs2，其中Vs1和Vs2分别为第一逆变器INV1和第二逆变器INV2产生的空间电压矢量。其中，如图4所示第一逆变器INV1或第二逆变器INV2三电平空间矢量图，其为单独逆变器作用时空间矢量分布，包括长矢量(幅值2Vdc/3)、中矢量(幅值
Figure BDA0002426746980000072
)、小矢量(幅值Vdc/3)和零矢量(幅值0)。将两组逆变器开关矢量进行排列组合叠加后即可以得到绕组的动态电压恢复器30的空间矢量图，如图5所示。从图5中可知，当第一逆变器INV1发出矢量Vs1为NOP(空间位置矢量)时，逆变器2发出矢量Vs2为ONN或POO，将Vs1和Vs2叠加后得到空间矢量Vref，实现对空间矢量分布的扩展。
需要说明的是，
Figure BDA0002426746980000071
绕组的动态电压恢复器30的两组补偿模块31叠加后的输出电压等效于五电平变流器空间矢量分布，共有61个基本矢量，每相桥臂(每相桥臂三种电平)都可以实现3中工作状态，分别输出+Vdc/2、0、-Vdc/2，故共有36＝729种开关组合，要多于五电平的53＝125中开关组。
如图2和图3所示，滤波电路主要用于对逆变器转换后的电源进行滤波。
需要说明的是，滤波电路包括滤波电路包括第一滤波电感Lf、滤波电容Cf和第二滤波电感Lf。
如图2和图3所示，在本申请的一个实施例中，补偿电源可以为铅酸蓄电池组或带充电的电池组，电池组是由数个电池串联组成的。补偿电源主要用于提供直流电源。
需要说明的是，在本申请的实施例中，该绕组结构的动态电压恢复器通过第一逆变器INV1和第二逆变器INV2串联连接，降低补偿电源中电池组串联的数量，提高电池组的可靠性，也使得，提高逆变器输出电平数量，在相同滤波器参数条件下，提升该绕组结构的动态电压恢复器补偿电压精度，降低谐波含量。
实施例二：
图6为本发明实施例所述的绕组结构的动态电压恢复器又一的电路图。
如图6所示，本发明实施例还提供了一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载20和给负载20供电的交流电10以及连接在负载20和交流电10之间的绕组结构的动态电压恢复器30，该绕组结构的动态电压恢复器30包括变压器以及与变压器连接的补偿模块31；
补偿模块31用于给负载提供补偿电压，补偿模块31包括补偿电源BAT1、与补偿电源BAT1连接的第一逆变器INV1和第二逆变器INV2，第一逆变器INV1的输出端与第二逆变器INV2的输出端之间连接有滤波电路，滤波电路与变压器TR1连接，第一逆变器INV1和第二逆变器INV2串联连接。
需要说明的是，第一逆变器INV1和第二逆变器INV2的直流侧连接，如图6所示，采用共直流母线的第一逆变器INV1和第二逆变器INV2，与实施例一相比，实施例一中的绕组结构的动态电压恢复器不可以注入零序电压同独立直流母线，起直流电压利用率相对较低。实施例二中的绕组结构的动态电压恢复器因为采用同一组电池组BAT1供电，在输出相同交流电压等级下，电池电压等级比独立直流母线直流电压等级高。实施例二中的绕组结构的动态电压恢复器中的第一逆变器INV1和第二逆变器INV2共用一个补偿电源BAT，其他的电子元件结构及连接关系与实施例一的相同或相似，因此在本实施例一中不在一一阐述。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种基于上述所述绕组结构的动态电压恢复器的控制方法，包括：
若交流电供电电压出现突变，两组补偿模块给负载提供补偿电压；
若其中一组补偿模块无法给负载提供补偿电压，另一组补偿模块给所述负载提供补偿电压。
需要说明的是，该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法可以以工作在容错控制方式下，在一组补偿模块故障时，仍然可以持续给负载提供补偿电压，提升该绕组结构的动态电压恢复器的可靠性。
在本实施例中，该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法还包括：若交流电供电电压出现突变，控制两组补偿模块独立给负载的三相提供补偿电压。
需要说明的是，该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法是基于上述所述的绕组结构的动态电压恢复器实现的，而该绕组结构的动态电压恢复器在实施例一一阐述，在本实施例中不在一一描述了。
与现有的技术相比，本申请实施例提供的一种绕组结构的动态电压恢复器的控制方法根据交流电供电电压出现突变控制补偿模块给负载提供补偿电压，确保负载的持续稳定工作，避免交流电电压波动带来的负面损失，解决了现有电网电压发生突变，配电线路的电压不稳定导致无法给负载稳定供电的技术问题。该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法还可以通过控制两组补偿模块独立给负载的三相提供补偿电压，实现不平衡负载的电压补偿；也可以通过容错方式控制补偿模块给负载提供补偿电压，提高该绕组结构的动态电压恢复器的可靠性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载和给所述负载供电的交流电以及连接在所述负载和所述交流电之间的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，该绕组结构的动态电压恢复器包括变压器以及与所述变压器连接的两组补偿模块；
所述补偿模块用于给所述负载提供补偿电压，每组所述补偿模块包括补偿电源、与补偿电源连接的逆变器和与所述逆变器输出端连接的滤波电路，所述滤波电路与所述变压器连接；
两组所述补偿模块分别为第一补偿模块和第二补偿模块；所述第一补偿模块包括第一补偿电源、第一逆变器和第一滤波电路；所述第二补偿模块包括第二补偿电源、第二逆变器和第二滤波电路；其中，当所述第一补偿模块出现故障时，所述第一逆变器的输出端短接，所述第二补偿模块给所述负载提供补偿电压；当所述第二补偿模块出现故障时，所述第二逆变器的输出端短接，所述第一补偿模块给所述负载提供补偿电压；所述第一逆变器与所述第二逆变器串联连接；
所述补偿模块提供补偿电压的电压空间矢量Vref，Vref＝Vs1-Vs2，其中，Vs1和Vs2分别为第一逆变器和第二逆变器产生的空间电压矢量。
2.根据权利要求1所述的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，所述第一逆变器和所述第二逆变器均为二电平逆变器或三电平逆变器；或者所述第一逆变器为三电平逆变器，所述第二逆变器为二电平逆变器；或者所述第一逆变器为二电平逆变器，所述第二逆变器为三电平逆变器。
3.根据权利要求1所述的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，所述变压器上设置有三个输入端、三个第一连接端、三个第二连接端和三个输出端，三个所述输入端与所述交流电连接，三个所述第一连接端与所述第一逆变器的输出端连接，三个所述第二连接端与所述第二逆变器的输出端连接，三个所述输出端分别与所述负载的三相连接。
4.根据权利要求1所述的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，所述逆变器为三相全桥结构或三相四桥臂结构的逆变器。
5.根据权利要求1所述的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电感和滤波电容。
6.根据权利要求1所述的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，所述补偿电源为铅酸蓄电池组或带充电的电池组。
7.一种绕组结构的动态电压恢复器，应用于电力系统上，该电力系统包括负载和给所述负载供电的交流电以及连接在所述负载和所述交流电之间的绕组结构的动态电压恢复器，其特征在于，该绕组结构的动态电压恢复器包括变压器以及与所述变压器连接的补偿模块；
所述补偿模块用于给所述负载提供补偿电压，所述补偿模块包括补偿电源、分别与补偿电源连接的第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器的输出端与所述第二逆变器的输出端之间连接有滤波电路，所述滤波电路与所述变压器连接，所述第一逆变器和所述第二逆变器串联连接；
所述补偿模块提供补偿电压的电压空间矢量Vref，Vref＝Vs1-Vs2，其中，Vs1和Vs2分别为第一逆变器和第二逆变器产生的空间电压矢量。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述绕组结构的动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，包括：
若交流电供电电压出现突变，两组补偿模块给负载提供补偿电压；
若其中一组所述补偿模块无法给所述负载提供补偿电压，另一组所述补偿模块给所述负载提供补偿电压。
9.根据权利要求8所述的绕组结构的动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，该绕组结构的动态电压恢复器的控制方法还包括：
若所述交流电供电电压出现突变，控制两组所述补偿模块独立给所述负载的三相提供补偿电压。
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