CN111884235B - 一种动态电压恢复器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动态电压恢复器的控制方法，为双侧双环两向控制方法，包括电网侧指令计算、负载侧指令计算、反馈控制环计算、基础环计算和调制处理，应用到动态电压恢复器的控制中，可以实现单相动态电压恢复器的控制和三相动态电压恢复器的分相控制，而且能够避免交流量计算过程容易引入的直流分量和震荡的问题，实现了有效值的稳定，同时减小了调制波指令的波动型，利用控制系统的输出稳定，便于工程化调制处理，又可对多侧电压进行指令计算，进而提高控制精度，而且整个控制方法具有控制难度低，技术方案易于实现的优点，有利于普及应。

Description

一种动态电压恢复器的控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种动态电压恢复器的控制方法。
背景技术
随着现代工业的发展，越来越多的高精密仪器应用在社会各个角落。这些高精密负荷对电压质量及其敏感，尤其是电压暂升、暂降会造成负荷工作可靠性下降，对一些芯片制造业经常造成废品率上升，对接触器控制型设备造成电磁脱扣，PLC应用型设备会造成节点误动等问题。动态电压恢复器是串联在电源和负荷之间的串联型补偿装置，可以对电源电压发生的电压波动问题进行补偿，从而保障负荷侧供电电压的稳定。然而，申请人发现：现有的传统动态电压恢复器都是采用单侧电压进行反馈控制，且串联耦合元件自身也存在阻抗，影响补偿效果，同时这些传统动态电压恢复器都是采用交流值进行计算，容易引发震荡和叠加直流造成负荷侧偏磁。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用到动态电压恢复器的控制中可以实现单相动态电压恢复器的控制和三相动态电压恢复器的分相控制，且可实现有效值的稳定，减小了调制波指令的波动性，利用控制系统的输出稳定，便于工程化调制处理，控制精度高，控制难度低，易于实现的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种动态电压恢复器的控制方法，为双侧双环两向控制方法，包括：
电网侧指令计算，根据电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值之间的差值判断电网侧的电压为正向跌落或负向跌落，输出对应的两向判断数值，然后根据两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理；负载侧指令计算，根据电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理；
反馈控制环计算，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理的结果，和负载侧指令计算中得到的电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理的结果相加；
基础环计算，将反馈控制环计算得到的结果与总限幅值相加后进行限幅处理；
调制处理，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦的乘积，与基础环计算中限幅处理后的数据相乘，作为调制波指令，然后对调制波指令进行三角波调制处理，得到PWM信号，根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
进一步地，所述电网侧指令计算，具体包括以下步骤：
S101:根据公式一计算得到vod和voq，其中Vs为电网电压信号，
Figure BDA0002618856020000021
S102：对vod和voq进行低通滤波,分别得到
Figure BDA0002618856020000022
和
Figure BDA0002618856020000023
S103：根据公式二计算得到电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms，
Figure BDA0002618856020000024
S104：按照S101到S103的步骤方法求解动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms；
S105：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与步骤S103计算得到的电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms相减，得到ΔVs；
S106：根据ΔVs进行两向控制判断，当ΔVs≥0时，表示电网侧的电压负向跌落，则输出两向判断数值1；ΔVs＜0时，表示电网侧的电压正向跌落，则输出两向判断数值-1；
S107：将步骤S106输出的两向判断数值与ΔVs相乘；
S108：步骤S107得到的结果与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms相减，得到的差值，然后根据该差值进行PI控制，且PI控制后进行限幅处理，该限幅值为Limit_A。
进一步地，所述负载侧指令计算，具体包括以下步骤：
S201：按照步骤S101至S103的方法求解负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms；
S202：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms相减，得到差值ΔVL；
S203：根据步骤S202中得到的差值ΔVL进行PI控制，且PI控制后进行限幅值处理，该限幅值为Limit_B。
进一步地，所述反馈控制环计算，具体为步骤S301：将电网侧指令计算中步骤S108计算得到的结果与负载侧指令计算中步骤S203计算得到结果相加。
进一步地，所述基础环计算，具体步骤包括：
S401：将反馈控制环计算中得到的结果与限幅值Limit_C进行相加；
S402：对步骤S401得到的数据进行限幅处理，该限幅值为Limit_C。
进一步地，所述调制处理，具体步骤包括：
S501：将电网侧指令计算中步骤S106输出的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦sin相乘；
S502：对S501得到的结果与基础环计算中步骤S402得到的结果相乘，作为调制波指令；
S503：将步骤S502得到的调制波指令进行三角波调制处理，得到的PWM信号，并根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
进一步地，所述Limit_B≤5％*Limit_A，所述Limit_A+Limit_B≤Limit_C，Limit_C-Limit_A-Limit_B接近于零。
有益效果
采用了上述技术方案的本发明所述的动态电压恢复器的控制方法，应用到动态电压恢复器的控制中，可以实现单相动态电压恢复器的控制和三相动态电压恢复器的分相控制，而且能够避免交流量计算过程容易引入的直流分量和震荡的问题，实现了有效值的稳定，同时减小了调制波指令的波动性，利用控制系统的输出稳定，便于工程化调制处理，又可对多侧电压进行指令计算，进而提高控制精度，而且整个控制方法具有控制难度低，技术方案易于实现的优点，有利于普及应用。
附图说明
图1是本发明所述一种动态电压恢复器的控制方法中动态电压恢复器的基本结构示意图；
图2是本发明所述一种动态电压恢复器的控制方法的流程示意图；
图3是本发明所述一种动态电压恢复器的控制方法的控制原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例所述一种动态电压恢复器的控制方法，为双侧双环两向控制方法，其中所述动态电压恢复器为现在存在的一种装置，基本结构如图1所示，该动态电压恢复器1主要包含直流电源、逆变单元、滤波回路、电压耦合元件，直流电源连接到逆变单元的直流侧，逆变单元的交流输出侧接入滤波回路，滤波回路连接到电压耦合元件，电压耦合元件串联到电源和负载之间；该控制方法包括：
电网侧指令计算，根据电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值之间的差值判断电网侧的电压为正向跌落或负向跌落，输出对应的两向判断数值，然后根据两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理；负载侧指令计算，根据电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理；
反馈控制环计算，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理的结果，和负载侧指令计算中得到的电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理的结果相加；
基础环计算，将反馈控制环计算得到的结果与总限幅值相加后进行限幅处理；
调制处理，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦的乘积，与基础环计算中限幅处理后的数据相乘，作为调制波指令，然后对调制波指令进行三角波调制处理，得到PWM信号，根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
如图2，本发明实施例所述一种动态电压恢复器的控制方法中电网侧指令计算，具体包括以下步骤：
S101：根据公式一计算得到vod和voq，其中Vs为电网电压信号，vod和voq为dq轴电压，
Figure BDA0002618856020000061
S102：对vod和voq进行低通滤波(Low pass filter,LPF),分别得到
Figure BDA0002618856020000062
和
Figure BDA0002618856020000063
S103：根据公式二计算得到电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms，即对
Figure BDA0002618856020000064
和
Figure BDA0002618856020000065
求解平方和后乘以2，然后进行开方运算，得到电网电压的瞬时有效值vs_real_rms，
Figure BDA0002618856020000066
S104：按照S101到S103的步骤方法求解动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms；
S105：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与步骤S103计算得到的电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms(该电网侧额定电压有效值vs_ref_rms是人为给定的指令值，比如：在220V的系统中可以设定成220V，低于或高于220V的时候就会进行补偿)相减，得到ΔVs；
S106：根据ΔVs进行两向控制判断，当ΔVs≥0时，表示电网侧的电压负向跌落，则输出两向判断数值1；ΔVs＜0时，表示电网侧的电压正向跌落，则输出两向判断数值-1；
S107：将步骤S106输出的两向判断数值与ΔVs相乘；
S108：步骤S107得到的结果与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms相减，得到的差值，然后根据该差值进行PI控制，且PI控制后进行限幅处理，该限幅值为Limit_A。
所述负载侧指令计算，具体包括以下步骤：
S201：按照步骤S101至S103的方法求解负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms；
S202：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms相减，得到差值ΔVL；(之所以采用电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与负载侧电压瞬时电压有效值指令相减，是因为希望负载侧电压与电网侧电压保持一致，比如电网电压是220V，则希望负载侧电压也是220V，电网与负载之间没有压降)
S203：根据步骤S202中得到的差值ΔVL进行PI控制，且PI控制后进行限幅值处理，该限幅值为Limit_B。
所述反馈控制环计算，具体为步骤S301：将电网侧指令计算中步骤S108计算得到的结果与负载侧指令计算中步骤S203计算得到结果相加。
所述基础环计算，具体步骤包括：
S401：将反馈控制环计算中得到的结果与限幅值Limit_C进行相加；
S402：对步骤S401得到的数据进行限幅处理，该限幅值为Limit_C。
所述调制处理，具体步骤包括：
S501：将电网侧指令计算中步骤S106输出的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦sin相乘；
S502：对步骤S501得到的结果与基础环计算中步骤S402得到的结果相乘，作为调制波指令；
S503：将步骤S502得到的调制波指令进行三角波调制处理，得到的PWM信号，并根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
而且，所述Limit_B≤5％*Limit_A，所述Limit_A+Limit_B≤Limit_C，Limit_C-Limit_A-Limit_B接近于零。一般调制波指令最大值为三角波峰值的92％～98％，则Limit_C为三角波峰值的92％～98％。假设三角波峰值为1000，Limit_C可以设定为980(即三角波峰值的98％)，而根据上述限定关系，Limit_A可以设定为952(即Limit_A+5％*Limit_A≤1000,Limit_A≤1000/1.05≈952.38，取952)，Limit_B可以设定为47(即Limit_B≤5％*Limit_A≈47.62，取47)。
将本发明所述一种动态电压恢复器的控制方法应用到动态电压恢复器中进行补偿控制，可以实现单相动态电压恢复器的控制和三相动态电压恢复器的分相控制，而且通过反馈控制环和基础环的叠加能够避免交流量计算过程容易引入的直流分量和震荡的问题，实现了有效值的稳定，同时减小了调制波指令的波动性(因为交流与交流的计算，很容易引入震荡，比如sin与sin，sin与sin频率倍数次相乘，相乘的结果容易出现其他频率的正弦，造成调制波震荡。利用有效值计算，有效值是直流量，不会引入其他频率分量，只对最后结果乘以正弦，所以最终结果还是同频率正弦，输出比较稳定。)，，便于工程化调制处理，又可对多侧电压进行指令计算，进而提高控制精度(具体为：通过瞬时有效值的控制来避免交流计算引入的直流分量，同时对电源电网侧和负载侧同时反馈控制，可以提高补偿精度，降低耦合元件自身阻抗带来的影响；总之，通过采用电网侧指令计算可以在绝大部分程度上补偿电网侧电压波动，使负荷侧电压得到补偿，实现稳定供电；通过负载侧指令计算可以减少耦合元件自身阻抗和补偿造成的偏差，提高最终补偿后的精度，同时通过两向控制判断电压偏移方向，实现电压暂升和暂降都能实现补偿。)，而且整个控制方法具有控制难度低(比如：有效值的运算属于直流运算，比较简单。)，技术方案易于实现的优点，有利于普及应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,如实现单相和三相动态电压恢复器的控制、利用变换电源侧和负载侧指令计算过程和方法等，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，为双侧双环两向控制方法，包括：
电网侧指令计算，根据电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值之间的差值判断电网侧的电压为正向跌落或负向跌落，输出对应的两向判断数值，然后根据两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理；负载侧指令计算，根据电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理；
反馈控制环计算，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧额定电压有效值指令和电网侧电压的瞬时有效值的差值的乘积，与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅处理的结果，和负载侧指令计算中得到的电网侧电压有效值指令和负载侧电压的瞬时有效值之间的差值进行PI控制和限幅值处理的结果相加；
基础环计算，将反馈控制环计算得到的结果与总限幅值相加后进行限幅处理；
调制处理，将电网侧指令计算中得到的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦的乘积，与基础环计算中限幅处理后的数据相乘，作为调制波指令，然后对调制波指令进行三角波调制处理，得到PWM信号，根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
2.根据权利要求1所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述电网侧指令计算，具体包括以下步骤：
S101：根据公式一计算得到vod和voq，其中Vs为电网电压信号，
Figure FDA0002618856010000011
S102：对vod和voq进行低通滤波,分别得到
Figure FDA0002618856010000021
和
Figure FDA0002618856010000022
S103:根据公式二计算得到电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms，
Figure FDA0002618856010000023
S104：按照S101到S103的步骤方法求解动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms；
S105：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与步骤S103计算得到的电网侧电压的瞬时有效值vs_real_rms相减，得到ΔVs；
S106：根据ΔVs进行两向控制判断，当ΔVs≥0时，表示电网侧的电压负向跌落，则输出两向判断数值1；ΔVs＜0时，表示电网侧的电压正向跌落，则输出两向判断数值-1；
S107：将步骤S106输出的两向判断数值与ΔVs相乘；
S108：步骤S107得到的结果与动态电压恢复器输出电压的瞬时有效值vout_real_rms相减，得到的差值，然后根据该差值进行PI控制，且PI控制后进行限幅处理，该限幅值为Limit_A。
3.根据权利要求2所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述负载侧指令计算，具体包括以下步骤：
S201：按照步骤S101至S103的方法求解负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms；
S202：将电网侧额定电压有效值指令vs_ref_rms与负载侧电压的瞬时有效值vL_real_rms相减，得到差值ΔVL；
S203：根据步骤S202中得到的差值ΔVL进行PI控制，且PI控制后进行限幅值处理，该限幅值为Limit_B。
4.根据权利要求3所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述反馈控制环计算，具体为步骤S301：将电网侧指令计算中步骤S108计算得到的结果与负载侧指令计算中步骤S203计算得到结果相加。
5.根据权利要求4所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述基础环计算，具体步骤包括：
S401：将反馈控制环计算中得到的结果与限幅值Limit_C进行相加；
S402：对步骤S401得到的数据进行限幅处理，该限幅值为Limit_C。
6.根据权利要求5所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述调制处理，具体步骤包括：
S501：将电网侧指令计算中步骤S106输出的两向判断数值与电网侧的电压同步正弦sin相乘；
S502：对S501得到的结果与基础环计算中步骤S402得到的结果相乘，作为调制波指令；
S503：将步骤S502得到的调制波指令进行三角波调制处理，得到的PWM信号，并根据PWM信号进行动态电压恢复器的逆变器控制。
7.根据权利要求5所述的一种动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述Limit_B≤5％*Limit_A，所述Limit_A+Limit_B≤Limit_C，Limit_C-Limit_A-Limit_B接近于零。
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