CN112736947A - 一种自充电动态电压恢复器及其运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自充电动态电压恢复器及其运行控制方法,本发明的动态电压恢复器无独立的充电电路,利用自身变流器为直流母线充电;通过测量动态电压恢复器直流母线电压、电网电压和负载电流,控制变流器输出电压和电流实现三种工作模式快速平滑切换。本发明控制下,动态电压恢复器主要工作在旁路模式,降低了系统损耗,提高系统工作效率;通过控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关之间快速平滑换流,实现动态电压恢复器在不同模式之间的快速投切,减少换流过程中的电压电流过冲。
Description
技术领域
本发明涉及电压恢复器技术领域,尤其是一种自充电动态电压恢复器及其运行控制方法。
背景技术
随着生产自动化,现代化水平的不断提高,制造业对电能质量提出了更高的要求。在众多电能质量问题中,电压跌落带来的经济损失最严重。动态电压恢复器是治理电压跌落最有效的方式。
动态电压恢复器结构多种多样,采用储能单元直接供电一方面可以省去取电电路,同时也可以节省超级电容与逆变器之间的DC/DC变换器,简化系统结构,提高系统可靠性,同时也降低了系统的成本。
采用储能单元直接供电需要动态电压恢复器在电压跌落前维持储能单元的电压,动态电压恢复器需要串联在电网中工作维持直流母线电压,增加了系统的损耗,不利于动态电压恢复器的长期运行。
传统动态电压恢复器旁路开关与动态电压恢复器之间为硬换流,直接强制旁路开关关断或封锁变流器PWM会造成负载电流通路电阻变大,在变压器两端产生过电压;在变流器输出电压时直接导通旁路开关会造成短路,危害变流器和旁路开关安全。
发明内容
本发明为解决上述问题问题,提出一种自充电动态电压恢复器及其运行控制方法,实现对自充电动态电压恢复器直流储能单元能量高效管理,实现动态电压恢复器快速投入补偿,实现动态电压恢复器和旁路开关之间的平滑换流。
为实现上述目的,提出以下技术方案:
一种自充电动态电压恢复器,包括储能单元、变流器、耦合装置和旁路开关,所述耦合装置和旁路开关并接于电网和负载之间,且耦合装置和旁路开关同时只有一个导通,所述耦合装置与变流器连接,所述变流器与储能单元连接,所述变流器用于控制储能单元的放电和充电,所述储能单元用于存储补偿电压,所述耦合装置用于耦合电网、负载和变流器,所述旁路开关用于控制电网和负载的连接的通断。
本发明的一种自充电动态电压恢复器具有三种模式,分别是工作模式、补偿模式和充电模式。对储能单元采取打嗝模式Burst充电控制方法,只有当储能单元母线电压低于下限阈值,才启动动态电压恢复器为储能单元充电,否则动态电压恢复器工作在旁路模式,解决了动态电压恢复器长时间串联在电网中工作增加系统损耗的问题;本发明控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关平滑换流,解决了变流器与旁路开关换流过程中可能的过流和过压问题;本发明控制变流器输出与负载电流反相电压实现旁路开关的快速关断,保证动态电压恢复器的快速投入,解决了旁路开关过零关断时间长的问题。本发明的一种自充电动态电压恢复器采取储能单元直接供电结构,系统结构简单,可靠性高,成本低。
一种自充动态电压恢复器运行控制方法,适用于上述的一种自充电动态电压恢复器,其特征是,包括以下步骤:
S1,工作模式初始化,动态电压恢复器为旁路模式,变流器PWM封锁,旁路开关导通,电网通过旁路开关给负载供电;
S2,检测电网电压,利用电压暂降检测算法判断是否发生电压暂降,若是,动态电压恢复器切换为补偿模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,变流器控制储能单元输出补偿电压,在电压暂降结束后,动态电压恢复器切换回旁路模式;
S3,检测储能单元的直流母线电压,当直流母线电压低于下限阈值时,动态电压恢复器由旁路模式切换至充电模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,储能单元输出充电电压并从电网中获取能量,直流母线电压升高,在直流母线电压高于上限阈值后,动态电压恢复器切换回旁路模式。
本方法通过测量动态电压恢复器直流母线电压、电网电压和负载电流,控制变流器输出电压和电流实现三种工作模式快速平滑切换。本方法控制下,动态电压恢复器主要工作在旁路模式,降低了系统损耗,提高系统工作效率;通过控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关之间快速平滑换流,实现动态电压恢复器在不同模式之间的快速投切,减少换流过程中的电压电流过冲。
作为优选,所述步骤S2具体包括以下步骤:
S201、检测电网电压,判断电压暂降;
S202、当发生电压暂降,撤除旁路开关驱动信号;
S203、检测负载电流方向,启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S204、控制变流器输出补偿电压,动态电压恢复器进入补偿模式;
S205、检测电网电压,判断电压恢复;
S206、当电压恢复后,控制变流器输出电压Uo为0;
S207、触发旁路开关驱动信号;
S208、控制变流器输出电流IL为0;
S209、封锁变流器PWM,进入旁路模式。
作为优选,所述步骤S3具体包括以下步骤:
S301、打嗝模式Burst充电控制方法对储能单元进行充电,当需要充电时,进行步骤S302;
S302、撤除旁路开关驱动信号;
S303、检测负载电流方向;
S304、启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S305、控制变流器输充电电压,动态电压恢复器进入充电模式;
S306、检测直流母线电压,与上限阈值比较;
S307、当直流母线电压高于上限阈值,控制变流器输出电压Uo为0;
S308、触发旁路开关驱动信号;
S309、控制变流器输出电流IL为0;
S310、封锁变流器PWM,进入旁路模式。
作为优选,所述打嗝模式Burst充电控制方法包括以下步骤:
S311、检测储能单元直流母线电压,与下限阈值比较;
S312、当直流母线电压小于下限阈值,则需要充电,否则不需要充电。
作为优选,所述旁路模式、补偿模式及充电模式之间的切换时间小于等于1ms。
本发明的有益效果是:动态电压恢复器主要工作在旁路模式,降低了系统损耗,提高系统工作效率;通过控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关之间快速平滑换流,实现动态电压恢复器在不同模式之间的快速投切,减少换流过程中的电压电流过冲。
附图说明
图1为本发明动态电压恢复器系统组成图;
图2为本发明动态电压恢复器不同工作模式切换状态图;
图3为本发明旁路模式和补偿模式切换流程图;
图4为本发明旁路模式和充电模式切换流程图;
图5为本发明动态电压恢复器补偿结果图。
具体实施方式
实施例:
本实施例提出一种自充电动态电压恢复器,参考图1,包括储能单元、变流器、耦合装置和旁路开关,耦合装置和旁路开关并接于电网和负载之间,且耦合装置和旁路开关同时只有一个导通,耦合装置与变流器连接,变流器与储能单元连接,变流器用于控制储能单元的放电和充电,储能单元用于存储补偿电压,耦合装置用于耦合电网、负载和变流器,旁路开关用于控制电网和负载的连接的通断。
本发明的一种自充电动态电压恢复器具有三种模式,分别是工作模式、补偿模式和充电模式。对储能单元采取打嗝模式Burst充电控制方法,只有当储能单元母线电压低于下限阈值,才启动动态电压恢复器为储能单元充电,否则动态电压恢复器工作在旁路模式,解决了动态电压恢复器长时间串联在电网中工作增加系统损耗的问题;本发明控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关平滑换流,解决了变流器与旁路开关换流过程中可能的过流和过压问题;本发明控制变流器输出与负载电流反相电压实现旁路开关的快速关断,保证动态电压恢复器的快速投入,解决了旁路开关过零关断时间长的问题。本发明的一种自充电动态电压恢复器采取储能单元直接供电结构,系统结构简单,可靠性高,成本低。
一种自充动态电压恢复器运行控制方法,适用于上述的一种自充电动态电压恢复器,其特征是,参考图2,包括以下步骤:
S1,工作模式初始化,动态电压恢复器为旁路模式,变流器PWM封锁,旁路开关导通,电网通过旁路开关给负载供电;
S2,检测电网电压,利用电压暂降检测算法判断是否发生电压暂降,若是,动态电压恢复器切在1ms内换为补偿模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,变流器控制储能单元输出补偿电压,在电压暂降结束后,动态电压恢复器在1ms内切换回旁路模式;参考图3,步骤S2具体包括以下步骤:
S201、检测电网电压,判断电压暂降;
S202、当发生电压暂降,撤除旁路开关驱动信号;
S203、检测负载电流方向,启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S204、控制变流器输出补偿电压,动态电压恢复器在1ms内进入补偿模式;
S205、检测电网电压,判断电压恢复;
S206、当电压恢复后,控制变流器输出电压Uo为0;
S207、触发旁路开关驱动信号;
S208、控制变流器输出电流IL为0;
S209、封锁变流器PWM,1ms内进入旁路模式。
参考图5,其中(a)是补偿前负载电压,(b)是补偿后负载电压,对比(a)和(b)可得出:在本发明控制下,动态电压恢复器能够正常完成补偿工作。
S3,检测储能单元的直流母线电压,当直流母线电压低于下限阈值时,动态电压恢复器在1ms内由旁路模式切换至充电模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,储能单元输出充电电压并从电网中获取能量,直流母线电压升高,在直流母线电压高于上限阈值后,动态电压恢复器在1ms内切换回旁路模式。
参考图4,步骤S3具体包括以下步骤:
S301、打嗝模式Burst充电控制方法对储能单元进行充电,打嗝模式Burst充电控制方法包括以下步骤:
S311、检测储能单元直流母线电压,与下限阈值比较;
S312、当直流母线电压小于下限阈值,则需要充电,进行步骤S302,否则不需要充电;
S302、撤除旁路开关驱动信号;
S303、检测负载电流方向;
S304、启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S305、控制变流器输充电电压,动态电压恢复器在1ms内进入充电模式;
S306、检测直流母线电压,与上限阈值比较;
S307、当直流母线电压高于上限阈值,控制变流器输出电压Uo为0;
S308、触发旁路开关驱动信号;
S309、控制变流器输出电流IL为0;
S310、封锁变流器PWM,在1ms内进入旁路模式。
本方法通过测量动态电压恢复器直流母线电压、电网电压和负载电流,控制变流器输出电压和电流实现三种工作模式快速平滑切换。本方法控制下,动态电压恢复器主要工作在旁路模式,降低了系统损耗,提高系统工作效率;通过控制变流器输出电压和输出电流,实现动态电压恢复器和旁路开关之间快速平滑换流,实现动态电压恢复器在不同模式之间的快速投切,减少换流过程中的电压电流过冲。
Claims (6)
1.一种自充电动态电压恢复器,其特征是,包括储能单元、变流器、耦合装置和旁路开关,所述耦合装置和旁路开关并接于电网和负载之间,且耦合装置和旁路开关同时只有一个导通,所述耦合装置与变流器连接,所述变流器与储能单元连接,所述变流器用于控制储能单元的放电和充电,所述储能单元用于存储补偿电压,所述耦合装置用于耦合电网、负载和变流器,所述旁路开关用于控制电网和负载的连接的通断。
2.一种自充动态电压恢复器运行控制方法,适用于权利要求1所述的一种自充电动态电压恢复器,其特征是,包括以下步骤:
S1,工作模式初始化,动态电压恢复器为旁路模式,变流器PWM封锁,旁路开关导通,电网通过旁路开关给负载供电;
S2,检测电网电压,利用电压暂降检测算法判断是否发生电压暂降,若是,动态电压恢复器切换为补偿模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,变流器控制储能单元输出补偿电压,在电压暂降结束后,动态电压恢复器切换回旁路模式;
S3,检测储能单元的直流母线电压,当直流母线电压低于下限阈值时,动态电压恢复器由旁路模式切换至充电模式,变流器PWM开启,旁路开关关断,储能单元输出充电电压并从电网中获取能量,直流母线电压升高,在直流母线电压高于上限阈值后,动态电压恢复器切换回旁路模式。
3.根据权利要求2所述的一种自充动态电压恢复器运行控制方法,其特征是,所述步骤S2具体包括以下步骤:
S201、检测电网电压,判断电压暂降;
S202、当发生电压暂降,撤除旁路开关驱动信号;
S203、检测负载电流方向,启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S204、控制变流器输出补偿电压,动态电压恢复器进入补偿模式;
S205、检测电网电压,判断电压恢复;
S206、当电压恢复后,控制变流器输出电压Uo为0;
S207、触发旁路开关驱动信号;
S208、控制变流器输出电流IL为0;
S209、封锁变流器PWM,进入旁路模式。
4.根据权利要求2所述的一种自充动态电压恢复器运行控制方法,其特征是,所述步骤S3具体包括以下步骤:
S301、打嗝模式Burst充电控制方法对储能单元进行充电,当需要充电时,进行步骤S302;
S302、撤除旁路开关驱动信号;
S303、检测负载电流方向;
S304、启动变流器PWM,控制动态电压恢复器输出与负载电流方向反相的电压;
S305、控制变流器输充电电压,动态电压恢复器进入充电模式;
S306、检测直流母线电压,与上限阈值比较;
S307、当直流母线电压高于上限阈值,控制变流器输出电压Uo为0;
S308、触发旁路开关驱动信号;
S309、控制变流器输出电流IL为0;
S310、封锁变流器PWM,进入旁路模式。
5.根据权利要求2所述的一种自充动态电压恢复器运行控制方法,其特征是,所述打嗝模式Burst充电控制方法包括以下步骤:
S311、检测储能单元直流母线电压,与下限阈值比较;
S312、当直流母线电压小于下限阈值,则需要充电,否则不需要充电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种自充动态电压恢复器运行控制方法,其特征是,所述旁路模式、补偿模式及充电模式之间的切换时间小于等于1ms。
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