CN114123780B - 直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法 - Google Patents

直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，包括控制系统、预充电电路、直流电压检测电路、双向DC/DC变换电路、超级电容储能单元和负载电流检测电路，控制系统检测到变频器直流供电回路的电压低于设定值时，则将超级电容储能单元中的电能输入至变频器直流供电回路上，以避免直流供电回路上电压的暂降。本发明的补偿方法，包括：a).负载工作；b).预充电；c).电压和电流信号的采集；d).电压暂降的判断和处理；e).电压和电流大小的判断。本发明的补偿装置及方法，当检测到直流电网中的电压降低时，控制超级电容储能单元中的能量释放到直流电网中，避免了由于变频器直流供电回路上电压的暂降所导致负载停机现象的发生。

Description

直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法
技术领域
本发明涉及一种补偿装置及其补偿方法，更具体的说，尤其涉及一种直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法。
背景技术
每年因雷电天气引起的电压暂降问题，造成大型造纸、冶金生产企业变频器系统直流侧的电压降低，触发变频器欠压保护功能，进而导致企业生产中断，造成原材料的浪费，同时，重新启动机器时，增加工作人员的工时，造成了人力资源的浪费，给客户带来严重的经济损失，每次电压暂降都造成客户几十万甚至上百万的经济损失，因此电压暂降问题严重影响了生产的可靠性，造成了巨大的经济损失。现有技术中的电压降低问题无法得到解决，当出现雷击天气引起的电压降低时，无法保证供电质量的稳定和安全。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，包括控制系统、预充电电路、直流电压检测电路、双向DC/DC变换电路、超级电容储能单元和负载电流检测电路，交流电网经变频器对负载进行供电，变频器由整流电路和逆变电路组成，整流电路与逆变电路之间为变频器直流供电回路；其特征在于：变频器直流供电回路经预充电电路与双向DC/DC变换电路的一端相连接，双向DC/DC变换电路的另一端与超级电容储能单元相连接，直流电压检测电路、负载电流检测电路分别对变频器直流供电回路的直流电压、负载电流进行检测；双向DC/DC变换电路的控制端、直流电压检测电路的输出端以及负载电流检测电路的输出端均与控制系统相连接，控制系统具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，控制系统经直流电压检测电路检测到变频器直流供电回路的电压低于设定值时，则控制双向DC/DC变换电路将超级电容储能单元中的电能输入至变频器直流供电回路上，以避免由于变频器直流供电回路上电压的暂降所导致负载停机现象的发生。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，所述预充电电路由继电器KM1、继电器KM2和预充电电阻R10组成，继电器KM2的常开点与预充电电阻R10串联后再与继电器KM1的常开点并联后，串于变频器直流供电回路与双向DC/DC变换电路之间的回路中。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，所述双向DC/DC变换电路由电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电抗器L、熔断器FU1、熔断器FU2和由功率开关器件IGBT构成的桥式电路构成，电容C1与电容C2串联后的两端以及电阻R1与电阻R2串联后的两端均接于桥式电路的输入端，熔断器FU1和熔断器FU2串于桥式电路与变频器直流供电回路相连接的回路中；桥式电路的输出端经电抗器L与超级电容储能单元相连接。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，所述直流电压检测电路和负载电流检测电路分别采用电压互感器和电流互感器。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置，所述控制系统由主控模块和单元控制模块构成，主控模块由DSP控制器及与其相连接的第一FPGA控制器、采样调理电路组成，DSP控制器经采样调理电路与直流电压检测电路和负载电流检测电路相连接，以获取直流电压和负载电流信号；单元控制模块由第二FPGA控制器及与其相连接的驱动电路组成，第二FPGA控制器与第一FPGA控制器通信连接，第二FPGA控制器经驱动电路驱使双向DC/DC变换电路工作。
本发明的直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).负载工作，接通交流电网与负载之间的连接，负载在变频器的作用下将交流电网输入至负载，驱使负载工作；
b).预充电，控制系统控制继电器KM2合闸，通过预充电电阻R10对母线电容C1、C2充电，当电容C1和电容C2两端的电压达到设定值后，闭合继电器KM1同时继电器断开KM2，实现变频器直流供电回路与双向DC/DC变换电路的连接；
c).电压和电流信号的采集，控制系统经直流电压检测电路、负载电流检测电路分别采集直流电压值DV、负载电流值DA；
d).电压暂降的判断和处理，控制系统判断所采集的直流电压值DV是否小于负限值，如果DV小于负限值，则控制双向DC/DC变换电路进入升压模式，将超级电容储能单元中存储的电能释放至变频器直流供电回路中，以避免变频器直流供电回路电压过低而导致负载停机；如果DV不小于负限值，则执行步骤e)；负限值为设定值，负限值不小于负载稳定工作时变频器直流供电回路的电压；
e).电压和电流大小的判断，首先判断直流电压值DV是否大于“负限值+△V”，△V为电压宽限值，表征只有直流电压值DV超过了负限值的△V以上，才可对超级电容储能单元进行充电；如果DV不大于“负限值+△V”，则执行步骤c)；
如果DV大于“负限值+△V”，则判断负载电流值DA是否小于系统额定电流，系统额定电流为负载额定工作时变频器直流供电回路中流经的电流大小；如果DA不小于系统额定电流，则执行步骤c)，如果DA小于系统额定电流，则控制双向DC/DC变换电路以降压模式，对超级电容储能单元进行充电，执行步骤c)。
本发明的有益效果是：本发明的直流电压暂降治理的补偿装置及其补偿方法，通过实时检测变频器直流供电回路中的电压变化情况及负载电流变化情况，当检测到直流电网中的电压降低时，控制超级电容储能单元中的能量释放到直流电网中，避免了由于变频器直流供电回路上电压的暂降所导致负载停机现象的发生；当检测到直流电网正常且负载电流小于直流系统额定电流时，控制直流电网的能量储存在超级电容储能单元中，超级电容储能单元放电时响应速度快，自动化成都高，超级电容储能单元充电时直流电网的电流始终是缓慢变化的，减小对电网的冲击，保证整个电网稳定和安全。
附图说明
图1为本发明的直流电压暂降治理的补偿装置的电路原理图；
图2为本发明中控制系统的电路原理图；
图3为本发明的直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法的流程图。
图中：1交流电网，2变频器直流供电回路，3预充电电路，4直流电压检测电路，5双向DC/DC变换电路，6超级电容储能单元，7负载电流检测电路，8控制系统，9整流电路，10逆变电路，11负载，12主控模块，13单元控制模块，14 DSP控制器，15第一FPGA控制器，16采集调理电路，17第二FPGA控制器，18驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的直流电压暂降治理的补偿装置的电路原理图，其由预充电电路3、直流电压检测电路4、双向DC/DC变换电路5、超级电容储能单元6、负载电流检测电路7和控制系统8组成，控制系统8具有信号采集、数据运算和控制输出的作用。交流电网1经变频器对负载11进行供电，所示的变频器由整流电路9和逆变电路10构成，整流电路9的输入端接于交流电网1上，用于将交流电整流为直流电进行输出，整流电路9的输出端接于逆变电路10的输入端，逆变电路10的输出端接于负载11（通常为交流电机）上，这样，就可实现对负载的交流控制。变频器的整流电路9与逆变电路10之间为变频器直流供电回路2。
所示变频器直流供电回路2经预充电电路3接于双向DC/DC变换电路5的一端，双向DC/DC变换电路5的另一端接于超级电容储能单元6上，直流电压检测电路4设置于预充电电路3与双向DC/DC变换电路5之间，用于对变频器直流供电回路2上的直流电压进行检测。负载电流检测电路7用于对变频器直流供电回路2上的电流进行检测，直流电压检测电路4、负载电流检测电路7分别采用电压互感器和电流互感器。
所示预充电电路3由继电器KM1、继电器KM2和预充电电阻R10组成，继电器KM2的常开点与预充电电阻R10串联后再与继电器KM1的常开点并联后，串于变频器直流供电回路2与双向DC/DC变换电路之间的回路中。所示双向DC/DC变换电路5由电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电抗器L、熔断器FU1、熔断器FU2和由功率开关器件IGBT构成的桥式电路构成，电容C1与电容C2串联后的两端以及电阻R1与电阻R2串联后的两端均接于桥式电路的输入端，熔断器FU1和熔断器FU2串于桥式电路与变频器直流供电回路2相连接的回路中；桥式电路的输出端经电抗器L与超级电容储能单元6相连接。
直流电压检测电路4的输出端、负载电流检测电路7的输出端以及双向DC/DC变换电路5的控制端均与控制系统8相连接，当控制系统8经直流电压检测电路4检测到变频器直流供电回路2用于某种因素（如雷电天气引起的电压暂降）导致其电压降低时，则控制双向DC/DC变换电路5进入由超级电容储能单元6向变频器直流供电回路2输入电能的升压模式，避免变频器直流供电回路2的电压下降，以避免由于变频器直流供电回路上电压的暂降所导致负载停机现象的发生。当控制系统8检测到变频器直流供电回路2上的电压不过低，且变频器直流供电回路2上的电流满足充电条时，则控制双向DC/DC变换电路5将变频器直流供电回路2上的电能输入至超级电容储能单元6中，实现对超级电容储能单元6的充电，以保证超级电容储能单元6存储有足够的电能。
如图2所示，给出了本发明中控制系统的电路原理图，所示控制系统8由主控模块12和单元控制模块13构成，主控模块12由DSP控制器14及与其相连接的第一FPGA控制器15、采样调理电路16组成，DSP控制器14经采样调理电路16与直流电压检测电路4和负载电流检测电路7相连接，以获取直流电压和负载电流信号。单元控制模块13由第二FPGA控制器17及与其相连接的驱动电路18组成，第二FPGA控制器17与第一FPGA控制器15通信连接，第二FPGA控制器17经驱动电路驱使双向DC/DC变换电路5工作。
第一FPGA控制器15接收DSP控制器14的控制指令，将数据发送给第二FPGA控制器17，第二FPGA控制器17接收来自第一FPGA控制器15的控制指令，并解码，得到驱动脉冲信号，驱动电路18将第二FPGA控制器17发出的驱动脉冲信号隔离放大，得到最终的驱动信号，去控制双向DC/DC变换电路5中IGBT器件的导通与关断，以实现电能在变频器直流供电回路2与超级电容储能单元6之间的流动。
如图3所示，给出了本发明的直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法的流程图，其通过以下步骤来实现：
a).预充电，控制系统控制继电器KM2合闸，通过预充电电阻R10对母线电容C1、C2充电，当电容C1和电容C2两端的电压达到设定值后，闭合继电器KM1同时继电器断开KM2，实现变频器直流供电回路与双向DC/DC变换电路的连接；
b).负载工作，接通交流电网与负载之间的连接，负载在变频器的作用下将交流电网输入至负载，驱使负载工作；
c).电压和电流信号的采集，控制系统经直流电压检测电路、负载电流检测电路分别采集直流电压值DV、负载电流值DA；
d).电压暂降的判断和处理，控制系统判断所采集的直流电压值DV是否小于负限值，如果DV小于负限值，则控制双向DC/DC变换电路进入升压模式，将超级电容储能单元中存储的电能释放至变频器直流供电回路中，以避免变频器直流供电回路电压过低而导致负载停机；如果DV不小于负限值，则执行步骤e)；负限值为设定值，负限值不小于负载稳定工作时变频器直流供电回路的电压；
e).电压和电流大小的判断，首先判断直流电压值DV是否大于“负限值+△V”，△V为电压宽限值，表征只有直流电压值DV超过了负限值的△V以上，才可对超级电容储能单元进行充电；如果DV不大于“负限值+△V”，则执行步骤c)；
如果DV大于“负限值+△V”，则判断负载电流值DA是否小于系统额定电流，系统额定电流为负载额定工作时变频器直流供电回路中流经的电流大小；如果DA不小于系统额定电流，则执行步骤c)，如果DA小于系统额定电流，则控制双向DC/DC变换电路以降压模式，对超级电容储能单元进行充电，执行步骤c)。

Claims (3)

1.一种直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法，直流电压暂降治理的补偿装置包括控制系统（8）、预充电电路（3）、直流电压检测电路（4）、双向DC/DC变换电路（5）、超级电容储能单元（6）和负载电流检测电路（7），交流电网（1）经变频器对负载（11）进行供电，变频器由整流电路（9）和逆变电路（10）组成，整流电路与逆变电路之间为变频器直流供电回路（2）；变频器直流供电回路经预充电电路（3）与双向DC/DC变换电路（5）的一端相连接，双向DC/DC变换电路的另一端与超级电容储能单元相连接，直流电压检测电路、负载电流检测电路分别对变频器直流供电回路的直流电压、负载电流进行检测；双向DC/DC变换电路的控制端、直流电压检测电路的输出端以及负载电流检测电路的输出端均与控制系统相连接，控制系统具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，控制系统经直流电压检测电路检测到变频器直流供电回路的电压低于设定值时，则控制双向DC/DC变换电路将超级电容储能单元中的电能输入至变频器直流供电回路上，以避免由于变频器直流供电回路上电压的暂降所导致负载停机现象的发生；
所述预充电电路（3）由继电器KM1、继电器KM2和预充电电阻R10组成，继电器KM2的常开点与预充电电阻R10串联后再与继电器KM1的常开点并联后，串于变频器直流供电回路（2）与双向DC/DC变换电路之间的回路中；
所述双向DC/DC变换电路（5）由电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电抗器L、熔断器FU1、熔断器FU2和由功率开关器件IGBT构成的桥式电路构成，电容C1与电容C2串联后的两端以及电阻R1与电阻R2串联后的两端均接于桥式电路的输入端，熔断器FU1和熔断器FU2串于桥式电路与变频器直流供电回路（2）相连接的回路中；桥式电路的输出端经电抗器L与超级电容储能单元（6）相连接；
其特征在于，直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法，通过以下步骤来实现：
a).预充电，控制系统控制继电器KM2合闸，通过预充电电阻R10对电容C1、C2充电，当电容C1和电容C2两端的电压达到设定值后，闭合继电器KM1同时继电器断开KM2，实现变频器直流供电回路与双向DC/DC变换电路的连接；
b).负载工作，接通交流电网与负载之间的连接，负载在变频器的作用下将交流电网输入至负载，驱使负载工作；
c).电压和电流信号的采集，控制系统经直流电压检测电路、负载电流检测电路分别采集直流电压值DV、负载电流值DA；
d).电压暂降的判断和处理，控制系统判断所采集的直流电压值DV是否小于负限值，如果DV小于负限值，则控制双向DC/DC变换电路进入升压模式，将超级电容储能单元中存储的电能释放至变频器直流供电回路中，以避免变频器直流供电回路电压过低而导致负载停机；如果DV不小于负限值，则执行步骤e)；负限值为设定值，负限值不小于负载稳定工作时变频器直流供电回路的电压；
e).电压和电流大小的判断，首先判断直流电压值DV是否大于“负限值+△V”，△V为电压宽限值，表征只有直流电压值DV超过了负限值的△V以上，才可对超级电容储能单元进行充电；如果DV不大于“负限值+△V”，则执行步骤c)；
如果DV大于“负限值+△V”，则判断负载电流值DA是否小于系统额定电流，系统额定电流为负载额定工作时变频器直流供电回路中流经的电流大小；如果DA不小于系统额定电流，则执行步骤c)，如果DA小于系统额定电流，则控制双向DC/DC变换电路以降压模式，对超级电容储能单元进行充电，执行步骤c)。
2.根据权利要求1所述的直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法，其特征在于：所述直流电压检测电路（4）和负载电流检测电路（7）分别采用电压互感器和电流互感器。
3.根据权利要求1或2所述的直流电压暂降治理的补偿装置的补偿方法，其特征在于：所述控制系统（8）由主控模块（12）和单元控制模块（13）构成，主控模块由DSP控制器（14）及与其相连接的第一FPGA控制器（15）、采样调理电路（16）组成，DSP控制器经采样调理电路与直流电压检测电路（4）和负载电流检测电路（7）相连接，以获取直流电压和负载电流信号；单元控制模块由第二FPGA控制器（17）及与其相连接的驱动电路（18）组成，第二FPGA控制器与第一FPGA控制器通信连接，第二FPGA控制器经驱动电路驱使双向DC/DC变换电路（5）工作。
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