本發(fā)明涉及直流供電技術領域，特別是涉及一種直流動態(tài)電壓恢復器及恢復方法。

背景技術：

近年來，直流配電技術快速發(fā)展，直流供電展現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。但是由于當前直流配電理論和技術的不成熟，使得新型直流配電網(wǎng)易出現(xiàn)的電壓暫降、跌落等電能質(zhì)量問題，嚴重影響直流用電設備的正常工作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種直流動態(tài)電壓恢復器，可在電壓暫降、跌落時提供補償電壓，以提高電能質(zhì)量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種直流動態(tài)電壓恢復器，所述直流動態(tài)電壓恢復器設置在直流配電網(wǎng)與負載之間；所述直流動態(tài)電壓恢復器包括檢測單元、控制單元及儲能單元；其中，

所述檢測單元用于檢測所述負載的前K拍的負載電壓，其中，K≥1；

所述控制單元分別與所述檢測單元和儲能單元連接，用于根據(jù)所述負載電壓判斷是否對所述負載進行電壓補償，并在確定對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓值，并將表征所述補償電壓值的控制信號發(fā)送至所述儲能單元；

所述儲能單元與直流配電網(wǎng)連接，用于根據(jù)所述控制信號輸出對應所述補償電壓值的直流電壓，且所述直流電壓與所述直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓疊加至所述負載上。

可選的，所述直流動態(tài)電壓恢復器還包括：

升壓模塊，設置在所述儲能單元與直流配電網(wǎng)之間，用于對直流電壓升壓，獲得補償電壓U_VDR，且所述補償電壓U_VDR與電源電壓U_S疊加至所述負載上。

可選的，所述升壓模塊包括：

逆變單元，與所述儲能單元連接，用于將所述直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓；

高頻變壓單元，與所述逆變單元連接，用于對所述交流電壓升壓獲得交流高壓；

整流單元，與所述高頻變壓單元連接，用于將所述交流高壓轉(zhuǎn)換為直流的補償電壓U_VDR。

可選的，所述升壓模塊還包括：

濾波單元，設置在所述逆變單元與所述高頻變壓單元之間，用于濾除所述交流電壓中的干擾信號。

可選的，所述控制單元包括：

預測子單元，用于根據(jù)所述檢測單元采集的前K拍的負載電壓，獲得第K+1拍的預測電壓U_ref；

比較子單元，用于比較所述預測電壓與設定閾值的大小，如果所述預測電壓<設定閾值，則判定需要對所述負載進行電壓補償；如果所述預測電壓≥設定閾值，則停止對所述負載的電壓補償或者維持原來的運行狀態(tài)；

電壓差值計算子單元，用于在所述比較子單元判定需要對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述預測電壓U_ref與所述補償電壓U_VDR確定電壓誤差信號；

電壓調(diào)節(jié)子單元，用于對所述電壓誤差信號進行比例積分處理得到電流環(huán)參考信號；

電流差值計算子單元，用于根據(jù)所述電流環(huán)參考信號以及所述負載的瞬時電流信號確定電流誤差信號；

電流調(diào)節(jié)子單元，用于對所述電流誤差信號進行比例積分處理得到內(nèi)環(huán)控制信號；

補償電壓確定子單元，用于根據(jù)所述內(nèi)環(huán)控制信號得到補償電壓值。

可選的，所述直流動態(tài)電壓恢復器還包括：

旁路開關，與所述整流單元并聯(lián)連接，設置在所述直流配電網(wǎng)與負載之間；

開關電容，與所述旁路開關并聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器通過實時檢測負載的負載電壓，能夠判斷是否需要對負載進行電壓補償，并準確確定對應的補償電壓，使得補償電壓與直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓共同作用到負載，從而能夠在電壓暫降、跌落時及時提供補償電壓，以提高電能質(zhì)量。

本發(fā)明的目的是提供一種直流動態(tài)電壓恢復方法，可在電壓暫降、跌落時提供補償電壓，以提高電能質(zhì)量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種使用上述直流動態(tài)電壓恢復器的直流動態(tài)電壓恢復方法，所述直流動態(tài)電壓恢復方法包括：

檢測負載的前K拍的負載電壓，其中，K≥1；

根據(jù)所述負載電壓判斷是否對所述負載進行電壓補償；

在確定對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓值；

控制輸出對應所述補償電壓值的直流電壓，且所述直流電壓與直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓疊加至所述負載上。

可選的，所述判斷是否對所述負載進行電壓補償?shù)姆椒òǎ?/p>

根據(jù)所述檢測單元采集的前K拍的負載電壓，獲得第K+1拍的預測電壓U_ref；

比較所述預測電壓與設定閾值的大小，如果所述預測電壓<設定閾值，則判定需要對所述負載進行電壓補償；如果所述預測電壓≥設定閾值，則停止對所述負載的電壓補償或者維持原來的運行狀態(tài)。

可選的，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓的方法包括：

在判定需要對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述預測電壓U_ref與所述補償電壓U_VDR確定電壓誤差信號；

對所述電壓誤差信號進行比例積分處理得到電流環(huán)參考信號；

根據(jù)所述電流環(huán)參考信號以及所述負載的瞬時電流信號確定電流誤差信號；

對所述電流誤差信號進行比例積分處理得到內(nèi)環(huán)控制信號；

根據(jù)所述內(nèi)環(huán)控制信號得到補償電壓值。

可選的，所述設定閾值為額定電壓的90％。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復方法與上述直流動態(tài)電壓恢復器相同，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器的結(jié)構示意圖；

圖2為本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器中控制單元的模塊結(jié)構示意圖；

圖3為直流母線電壓仿真波形圖；

圖4為負載電壓仿真波形圖；

圖5為本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器輸出電壓仿真波形圖；

圖6為本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復方法的流程圖；

圖7為本發(fā)明中確定補償電壓的流程圖.。

符號說明：

直流配電網(wǎng) 1 負載 2

控制單元 3 預測子單元 31

比較子單元 32 電壓差值計算子單元 33

電壓調(diào)節(jié)子單元 34 電流差值計算子單元 35

電流調(diào)節(jié)子單元 36 補償電壓確定子單元 37

儲能單元 4 逆變單元 5

高頻變壓單元 6 整流單元 7

濾波單元 8 旁路開關 9

開關電容 10。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器，通過實時檢測負載的負載電壓，能夠判斷是否需要對負載進行電壓補償，并準確確定對應的補償電壓，使得補償電壓與直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓共同作用到負載，從而能夠在電壓暫降、跌落時及時提供補償電壓，以提高電能質(zhì)量。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器設置在直流配電網(wǎng)1與負載2之間。其中，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器包括檢測單元(圖中未示處)、控制單元3及儲能單元4。

所述檢測單元檢測所述負載的前K拍的負載電壓，其中，K≥1；所述控制單元3分別與所述檢測單元和儲能單元4連接，用于根據(jù)所述負載電壓判斷是否對所述負載2進行電壓補償，并在確定對所述負載2進行電壓補償時，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓值，并將表征所述補償電壓值的控制信號發(fā)送至所述儲能單元4；所述儲能單元4與直流配電網(wǎng)1連接，用于根據(jù)所述控制信號輸出對應所述補償電壓值的直流電壓，且所述直流電壓與所述直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓疊加至所述負載2上。

優(yōu)選地，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器還包括升壓模塊，所述升壓模塊設置在所述儲能單元4與直流配電網(wǎng)1之間，用于對直流電壓升壓，獲得補償電壓U_VDR，且所述補償電壓U_VDR與電源電壓U_S疊加至所述負載2上。

進一步地，所述升壓模塊包括逆變單元5、高頻變壓單元6及整流單元7；其中，所述逆變單元5與所述儲能單元4連接，將所述直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓；所述高頻變壓單元6與所述逆變單元5連接，用于對所述交流電壓升壓獲得交流高壓；所述整流單元7與所述高頻變壓單元6連接，用于將所述交流高壓轉(zhuǎn)換為直流的補償電壓U_VDR。在本實施例中，所述高頻變壓單元6為高頻變壓器。

通過逆變單元5及整流單元7的設置，實現(xiàn)電壓的直—交—直轉(zhuǎn)換；通過設置高頻變壓單元6可有效增加電壓的補償范圍，實現(xiàn)電氣隔離。

優(yōu)選地，所述升壓模塊還包括濾波單元8，所述濾波單元8設置在所述逆變單元5與所述高頻變壓單元6之間，用于濾除所述交流電壓中的干擾信號。通過設置濾波單元8可有效提高輸出電壓的連續(xù)性和平滑性。在本實施例中，所述濾波單元8為LC濾波器；進一步地，所述濾波單元8為高頻濾波結(jié)構，以減少設備的體積。

如圖2所示，所述控制單元3包括預測子單元31、比較子單元32、電壓差值計算子單元33、電壓調(diào)節(jié)子單元34、電流差值計算子單元35、電流調(diào)節(jié)子單元36及補償電壓確定子單元37；其中，所述預測子單元31根據(jù)所述檢測單元采集的前K拍的負載電壓，獲得第K+1拍的預測電壓U_ref；所述比較子單元32比較所述預測電壓與設定閾值的大小，如果所述預測電壓<設定閾值，則判定需要對所述負載進行電壓補償；如果所述預測電壓≥設定閾值，則停止對所述負載的電壓補償或者維持原來的運行狀態(tài)；在所述比較子單元32判定需要對所述負載進行電壓補償后，所述電壓差值計算子單元33根據(jù)所述預測電壓U_ref與所述補償電壓U_VDR確定電壓誤差信號；所述電壓調(diào)節(jié)子單元34對所述電壓誤差信號進行比例積分處理得到電流環(huán)參考信號；所述電流差值計算子單元35根據(jù)所述電流環(huán)參考信號以及所述負載的瞬時電流信號確定電流誤差信號；所述電流調(diào)節(jié)子單元36對所述電流誤差信號進行比例積分處理得到內(nèi)環(huán)控制信號；所述補償電壓確定子單元37根據(jù)所述內(nèi)環(huán)控制信號得到補償電壓值。

本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器通過外推預測算法對負載的負載電壓進行無差拍預測，以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度；通過采用電壓環(huán)、電流環(huán)的雙閉環(huán)比例積分控制，對產(chǎn)生的補償電壓控制信號進行跟蹤，使整個系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。

其中，所述設定閾值為額定電壓的90％，當所述預測電壓<設定閾值時，則判定需要對所述負載進行電壓補償，也就是說，當預測電壓U_ref跌落的幅值超過額定電壓的10％，則母線電壓出現(xiàn)暫降、跌落等現(xiàn)象，則需要進行電壓補償；當母線電壓恢復正常，則停止電壓補償。。

此外，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器還包括旁路開關9和開關電容10；其中，所述旁路開關9與所述整流單元7并聯(lián)連接，設置在所述直流配電網(wǎng)1與負載2之間；所述開關電容10，與所述旁路開關9并聯(lián)。

當負荷或者系統(tǒng)短路時，通過閉合所述旁路開關9，保護本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器；或者在本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器故障時，通過操作所述旁路開關9斷開本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器與負載2的連接。

下面通過仿真實驗進一步驗證本發(fā)明在電壓補償?shù)膭討B(tài)響應速度和穩(wěn)態(tài)精度較。如圖3-圖5所示，為本發(fā)明在Mtalab/simulink仿真軟件中搭建的仿真平臺的仿真結(jié)果，對直流配電系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓跌落故障，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器投入運行進行仿真，仿真直流母線電壓選取500V。圖3為仿真的系統(tǒng)電壓波形，系統(tǒng)在0.2s時發(fā)生電壓跌落，跌落深度為60％(300V)，跌落持續(xù)時間為600ms，在0.8s時母線電壓恢復至500V；圖4為經(jīng)本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器補償后的負載電壓波形，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器在系統(tǒng)電壓跌落額定電壓值的10％后啟動，0.7ms補償至系統(tǒng)正常電壓，具有良好的動態(tài)響應性能；圖5為本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器的輸出電壓波形，通過仿真波形可以看出本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復器的動態(tài)響應速度快，穩(wěn)態(tài)精度較高。

此外，本發(fā)明還提供了一種直流動態(tài)電壓恢復方法。如圖6所示，本發(fā)明直流動態(tài)電壓恢復方法包括：

步驟100：檢測負載的前K拍的負載電壓，其中，K≥1；

步驟200：根據(jù)所述負載電壓判斷是否對所述負載進行電壓補償；

步驟300：在確定對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓值；

步驟400：控制輸出對應所述補償電壓值的直流電壓，且所述直流電壓與直流配電網(wǎng)輸出的電源電壓疊加至所述負載上。

在步驟200中，所述判斷是否對所述負載進行電壓補償?shù)姆椒òǎ?/p>

步驟210.：根據(jù)所述檢測單元采集的前K拍的負載電壓，獲得第K+1拍的預測電壓U_ref。

在本實施例中，K＝3。通過檢測前三拍的負載電壓，計算第四拍的預測電壓值，可提供系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。

步驟220：比較所述預測電壓與設定閾值的大小，如果所述預測電壓<設定閾值，則判定需要對所述負載進行電壓補償；如果所述預測電壓≥設定閾值，則停止對所述負載的電壓補償或者維持原來的運行狀態(tài)。

在本實施例中，所述設定閾值為額定電壓的90％；當所述預測電壓<設定閾值時，則判定需要對所述負載進行電壓補償，也就是說，當預測電壓U_ref跌落的幅值超過額定電壓的10％，則母線電壓出現(xiàn)暫降、跌落等現(xiàn)象，則需要進行電壓補償；當母線電壓恢復正常，則停止電壓補償。

如圖7所示，在步驟300中，根據(jù)所述負載電壓確定補償電壓的方法包括：

步驟310：在判定需要對所述負載進行電壓補償后，根據(jù)所述預測電壓U_ref與所述補償電壓U_VDR確定電壓誤差信號；

步驟320：對所述電壓誤差信號進行比例積分處理得到電流環(huán)參考信號；

步驟330：根據(jù)所述電流環(huán)參考信號以及所述負載的瞬時電流信號確定電流誤差信號；

步驟340：對所述電流誤差信號進行比例積分處理得到內(nèi)環(huán)控制信號；

步驟350：根據(jù)所述內(nèi)環(huán)控制信號得到補償電壓值。

本發(fā)明采用電壓環(huán)、電流環(huán)的雙環(huán)PI控制，對補償電壓控制信號進行跟蹤，可提高的動態(tài)響應速度和輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度，實現(xiàn)了電壓補償?shù)木_性和快速性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。