CN112737338B - 一种电压补偿方法和一种电压补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压补偿方法及电压补偿装置。该方法包括以下步骤:步骤1,获取变频电源的工作点数据,工作点数据包括:输出电压V和输出功率P;步骤2,根据变频电源的额定电压VN和各工作点数据,计算得到偏差点数据,偏差点数据包括:额定电压与输出电压之间的偏差电压ΔV和输出功率P;步骤3,对偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线;步骤4,根据负载的运行功率和偏差拟合曲线,计算出在该运行功率下的补偿电压;步骤5,将补偿电压加入变频电源的输出电压控制指令中。该方法可实现变频电源输出电压的实时补偿,使变频电源补偿后的输出电压更接近于额定电压,并且该电压补偿方法还可适用于负载为有源负载的电压补偿。

Description

一种电压补偿方法和一种电压补偿装置
技术领域
本发明属于变频电源技术领域,特别涉及一种电压补偿方法和一种电压补偿装置。
背景技术
为了用电安全,通常在电源与用电回路上接变压器进行电气隔离。当变频电源在带有隔离变压器进行负载输出时,由于变频电源和变压器的阻抗特性,随着输出功率的变化将引起输出电压高于或低于电源系统的额定电压,并且由于变频电源系统输出的非线性特性,无法简单的实现电压补偿。
目前常用电压补偿的做法是将输出电压反馈进行闭环调节,但闭环控制存在电压补偿调控滞后和控制参数难以调节等问题。尤其是当负载是有源负荷时,两个电源的调节更是复杂,如果调节不利,容易导致电源系统不稳定,进而影响电源系统的运行。
发明内容
针对上述问题,本发明公开了一种电压补偿方法和一种电压补偿装置,以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
依据本发明的一个方面,公开一种电压补偿方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1,获取变频电源的工作点数据,所述工作点数据包括:输出电压V和输出功率P;
步骤2,根据所述变频电源的额定电压VN和各工作点数据,计算得到偏差点数据,所述偏差点数据包括:额定电压与输出电压之间的偏差电压ΔV和输出功率P;
步骤3,对所述偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔV-P;
步骤4,根据负载的运行功率和所述偏差拟合曲线ΔV-P,计算出在该运行功率下的补偿电压Vcom
步骤5,将所述补偿电压Vcom加入所述变频电源的输出电压控制指令中。
进一步地,所述步骤1具体包括:
控制所述变频电源的空载输出电压为额定电压VN,从空载逐步加大所述变频电源的功率至额定功率PN,测量并记录所述变频电源的工作点数据。
进一步地,若所述变频电源为四象限变频电源,则所述额定功率既包括正的额定功率,也包括负的额定功率。
进一步地,所述变频电源带有输出隔离变压器;
所述步骤1中,获取变频电源的工作点数据,包括:在所述变频电源的输出隔离变压器和所述负载之间测量所述工作点数据。
进一步地,所述偏差电压为所述额定电压VN与所述输出电压V差值的绝对值。
进一步地,所述步骤3中,采用最小二乘法对所述偏差点数据进行曲线拟合。
进一步地,所述方法还包括:在曲线拟合过程中,通过理论补偿电压检测所述偏差拟合曲线的误差,若所述误差大于阈值,则对所述偏差点数据进行分段曲线拟合。
进一步地,所述方法还包括:
在所述偏差拟合曲线中设置空载死区,在输出功率P小于等于预设值时,默认补偿电压Vcom为零,不进行电压补偿。
进一步地,所述方法还包括:对所述补偿电压进行限幅,使0≤Vcom≤|ΔVmax|;
其中,ΔVmax为所述额定电压VN与所述输出电压V之间的最大偏差电压。
依据本发明的另一个方面,公开一种电压补偿装置,所述电压补偿装置用于实现上述任一项所述的电压补偿方法。
本发明的优点及有益效果是:
本发明的电压补偿方法中,通过测量得到变频电源的包括输出电压和输出功率的工作点数据,然后根据变频电源的额定电压和工作点数据计算得到包括偏差电压和输出功率的偏差点数据,再对偏差点数据进行曲线拟合得到偏差拟合曲线,最后根据负载的运行功率和偏差拟合曲线得到该运行功率下的补偿电压,并把补偿电压加入变频电源的输出电压控制指令中,进而实现变频电源输出电压的实时补偿,使变频电源补偿后的输出电压更接近于额定电压;并且该电压补偿方法还可适用于负载为有源负载的电压补偿。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明的实施例中电压补偿方法的实施步骤图;
图2为本发明的实施例中变频电源工作点数据的测量位置图;
图3为本发明的实施例中电压补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。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他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
本发明的一个实施例公开一种电压补偿方法,如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤1,通过测量获取变频电源的工作点数据,该工作点数据包括:输出电压V和输出功率P,即(V,P)。
步骤2,根据变频电源的额定电压VN和测量获得的各工作点数据,计算得到偏差点数据,该偏差点数据包括:额定电压VN与输出电压V之间的偏差电压ΔV和输出功率P,即(ΔV,P)。
步骤3,对上述偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔV-P,并把该拟合曲线ΔV-P储存于变频电源中的控制器中。
步骤4,测量计算得到负载的运行功率,控制器根据负载的运行功率和偏差拟合曲线ΔV-P,计算出在该运行功率下的补偿电压Vcom。具体为:把负载的运行功率带入偏差拟合曲线ΔV-P中,得到相应的偏差电压,即为该运行功率下的补偿电压Vcom
步骤5,控制器将计算得到的补偿电压Vcom加入变频电源的输出电压控制指令Vref1中,得到新的控制指令Vref,即Vref=Vcom+Vref1。变频电源根据新的控制指令Vref,进行输出电压调整,进而实现电压补偿。其中,输出电压控制指令Vref1是电源系统发送给变频电源控制器的指令,用于控制变频电源输出电压。
综上,本实施例的电压补偿方法中,通过测量得到变频电源的包括输出电压和输出功率的工作点数据,然后根据变频电源的额定电压和工作点数据计算得到包括偏差电压和输出功率的偏差点数据,再对偏差点数据进行曲线拟合得到偏差拟合曲线,最后根据负载的运行功率和偏差拟合曲线得到该运行功率下的补偿电压,并把补偿电压加入变频电源的输出电压控制指令中,进而实现变频电源输出电压的实时补偿,克服了常规电压补偿滞后的缺陷,而且本方法计算得到的补偿电压更加接近现实值,使变频电源补偿后的输出电压更接近于额定电压;并且该电压补偿方法同样可适用于负载为有源负载的电压补偿。
在一个实施例中,步骤1具体包括:
控制变频电源的空载输出电压为额定电压VN,从变频电源为空载逐步加大变频电源的功率至额定功率PN,测量并记录变频电源的工作点数据,工作点数据中的输出功率P大于0,小于或等于额定功率PN
在一个实施例中,若变频电源为四象限变频电源,则额定功率既包括正的额定功率,也包括负的额定功率。四象限变频电源可接无源负载或有源负载,实现电能的双向流动。当接入无源负载时,变频电源的额定功率为正的额定功率,电能从变频电源流向负载;当接入有源负载,且有源负载的电压高于变频电源的输出电压时,变频电源的额定功率为负的额定功率,电能从负载流向变频电源。
优选地,为了保证用电安全,变频电源带有输出隔离变压器,实现电气隔离。
步骤1中,获取变频电源的工作点数据,包括:在变频电源的输出隔离变压器和负载之间测量工作点数据,工作点数据测量位置见图2。
在一个实施例中,由于负载可能为无源负载或有源负载,则偏差电压为额定电压VN与输出电压V差值的绝对值,即ΔV=|VN-V|。
优选地,步骤3中,采用最小二乘法对偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔV-P。
在一个优选实施例中,电压补偿方法还包括:在曲线拟合过程中,由于整段拟合得到的曲线不能很好地贴合偏差点数据的轨迹,部分区域可能存在很大误差,所以通过理论补偿电压来检测偏差拟合曲线的误差,若误差大于阈值,则对偏差点数据进行分段曲线拟合,得到拟合曲线ΔV-P1(0<P≤P1)、ΔV-P2(P1<P≤P2)、…、ΔV-Pm(Pm<P≤PN),进而提高拟合曲线的精准度,使通过拟合曲线得到的补偿电压值更接近于实现值。其中,理论补偿电压是根据变频电源和隔离变压器的参数计算得到的理论偏差电压。
在一个实施例中,电压补偿方法还包括:
当变频电源的输出功率小于某个值时,产生的偏差电压可能很小,可以忽略不计,因此无需进行电压补偿。为了节约资源,所以在偏差拟合曲线中设置空载死区,在输出功率P小于等于预设值P0时,默认补偿电压Vcom为零,不进行电压补偿。
在一个实施例中,为了防止计算得到的个别补偿电压异常,进而使补偿后的输出电压更接近额定电压,电压补偿方法还包括:对补偿电压进行限幅,使0≤Vcom≤|ΔVmax|。
其中,ΔVmax为额定电压VN与输出电压V之间的最大偏差电压。
在一个实施例中,变频电源为四象限变频电源。在进行电压补偿时,首先在图2中所示测量点进行测量,控制变频电源的空载输出电压为额定电压VN,从空载逐步加大变频电源的功率至正的额定功率PN,测量并记录变频电源的工作点数据(Vpos,Ppos),和从空载逐步加大变频电源的功率至负的额定功率-PN,测量并记录变频电源的工作点数据(Vneg,Pneg)。
然后,根据公式ΔV=|VN-V|,计算出偏差电压ΔV,得到偏差点数据(ΔVpos,Ppos)和偏差点数据(ΔVneg,Pneg),对应的最大电压偏差为ΔVposmax和ΔVnegmax
根据预设值,将变频电源一个小的输出功率范围(-P0≤P≤P0)作为空载死区,不进行电压补偿。
再后,将偏差点数据(ΔVpos,Ppos)和偏差点数据(ΔVneg,Pneg)分别通过最小二乘法进行多项式拟合,拟合得到偏差拟合曲线ΔVpos-Ppos(P0<P≤PN)和偏差拟合曲线ΔVneg-Pneg(-PN≤P<-P0)。
通过理论补偿电压检测偏差拟合曲线的误差,若误差大于阈值,则对偏差点数据进行分段曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔVpos-Ppos0(P0<P≤Ppos1)、ΔVpos-Ppos1(Ppos1<P≤Ppos2)、…、ΔVpos-Pposm(Pposm<P≤PN)和偏差拟合曲线ΔVneg-Pneg0(-PN≤P<Pneg1)、ΔVneg-Pneg1(Pneg1≤P<Pneg2)、…、ΔVneg-Pnegm(Pnegm≤P<-P0)。
最后,根据负载的运行功率和对应功率段的拟合曲线计算输出电压补偿值,并将补偿电压值进行限幅,其中,0≤Vcom≤ΔVposmax(P0<P≤PN)、0≤Vcom≤ΔVnegmax(-PN≤P<P0)。
将补偿电压Vcom加上给定的输出电压控制指令Vref1,得到最终控制指令Vref,计算公式如下:
Figure BDA0002828076510000061
本发明还公开了一种电压补偿装置,该电压补偿装置用于实现如上任一项的电压补偿方法。图3示出了该电压补偿装置的一个示意性实施例,如图3所示,该电压补偿装置300包括:
获取单元310,用于获取变频电源的工作点数据,工作点数据包括:输出电压V和输出功率P。
计算单元320,用于根据变频电源的额定电压VN和各工作点数据,计算得到偏差点数据,偏差点数据包括:额定电压与输出电压之间的偏差电压ΔV和输出功率P。
拟合单元330,用于对偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔV-P。
补偿单元340,用于根据负载的运行功率和偏差拟合曲线ΔV-P,计算出在该运行功率下的补偿电压Vcom
控制单元350,用于将补偿电压Vcom加入变频电源的输出电压控制指令中。
该电压补偿装置300的工作方式可以参考如上所述的电压补偿方法。
在一些实施例中,获取单元310具体用于控制变频电源的空载输出电压为额定电压VN,从空载逐步加大变频电源的功率至额定功率PN,测量并记录变频电源的工作点数据。
在一些实施例中,若获取单元310处理的变频电源为四象限变频电源,则额定功率既包括正的额定功率,也包括负的额定功率。
在一些实施例中,变频电源带有输出隔离变压器。获取单元310获取变频电源的工作点数据,包括:在变频电源的输出隔离变压器和负载之间测量工作点数据。
在一些实施例中,计算单元320计算的偏差电压为额定电压VN与输出电压V差值的绝对值。
在一些实施例中,拟合单元330采用最小二乘法对偏差点数据进行曲线拟合。
在一些实施例中,拟合单元330还用于在曲线拟合过程中,通过理论补偿电压检测偏差拟合曲线的误差,若误差大于阈值,则对偏差点数据进行分段曲线拟合。
在一些实施例中,补偿单元340还用于在偏差拟合曲线中设置空载死区,在输出功率P小于等于预设值时,默认补偿电压Vcom为零,不进行电压补偿。
在一些实施例中,补偿单元340还用于对补偿电压进行限幅,使0≤Vcom≤|ΔVmax|;其中,ΔVmax为额定电压VN与输出电压V之间的最大偏差电压。
以上仅为本发明的实施方式,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电压补偿方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1,获取变频电源的工作点数据,所述工作点数据包括:输出电压V和输出功率P;
步骤2,根据所述变频电源的额定电压VN和各工作点数据,计算得到偏差点数据,所述偏差点数据包括:额定电压与输出电压之间的偏差电压ΔV和输出功率P;
步骤3,对所述偏差点数据进行曲线拟合,得到偏差拟合曲线ΔV-P;
步骤4,根据负载的运行功率和所述偏差拟合曲线ΔV-P,计算出在该运行功率下的补偿电压Vcom
步骤5,将所述补偿电压Vcom加入所述变频电源的输出电压控制指令中;
所述方法还包括:
在所述偏差拟合曲线中设置空载死区,在输出功率P小于等于预设值时,默认补偿电压Vcom为零,不进行电压补偿。
2.根据权利要求1所述的电压补偿方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:
控制所述变频电源的空载输出电压为额定电压VN,从空载逐步加大所述变频电源的功率至额定功率PN,测量并记录所述变频电源的工作点数据。
3.根据权利要求2所述的电压补偿方法,其特征在于,
若所述变频电源为四象限变频电源,则所述额定功率既包括正的额定功率,也包括负的额定功率。
4.根据权利要求1所述的电压补偿方法,其特征在于,所述变频电源带有输出隔离变压器;
所述步骤1中,获取变频电源的工作点数据,包括:在所述变频电源的输出隔离变压器和所述负载之间测量所述工作点数据。
5.根据权利要求1所述的电压补偿方法,其特征在于,所述偏差电压为所述额定电压VN与所述输出电压V差值的绝对值。
6.根据权利要求1所述的电压补偿方法,其特征在于,所述步骤3中,采用最小二乘法对所述偏差点数据进行曲线拟合。
7.根据权利要求6所述的电压补偿方法,其特征在于,所述方法还包括:在曲线拟合过程中,通过理论补偿电压检测所述偏差拟合曲线的误差,若所述误差大于阈值,则对所述偏差点数据进行分段曲线拟合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电压补偿方法,其特征在于,所述方法还包括:对所述补偿电压进行限幅,使0≤Vcom≤|ΔVmax|;
其中,ΔVmax为所述额定电压VN与所述输出电压V之间的最大偏差电压。
9.一种电压补偿装置,其特征在于,所述电压补偿装置用于实现如权利要求1至8任一项所述的电压补偿方法。
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