基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法,应用于超级电容储能的动态电压恢复器，包括以下控制方式：超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC

【技术实现步骤摘要】
基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法


[0001]本专利技术涉及电网防护
，尤其涉及一种基于超级电容储能的动态电压恢复器在电网电压跌落下的电压补偿控制方法。

技术介绍

[0002]电压跌落是发生频率最高、影响最严重、造成经济损失最大的一类动态电能质量问题，日本关西电力公司统计结果显示：大多数电压骤降为跌幅20％以内、持续时间100ms以内的故障。虽然动态电能质量劣化持续的时间不长，但给敏感设备和敏感用户造成的后果和经济损失却是很严重。
[0003]储能型DVR(Dynamic Voltage Restorer，动态电压恢复器)具有高能量密度，快速充放电，寿命长，无污染等特点。从1998年至今，世界上很多国家对DVR的研究非常活跃，尤其一些发达国家像美、日、德等，都较早地开展了这方面的研究工作。但是电网电压可能发生的故障类型复杂且检测困难，同时DVR作为一种补偿电压跌落的装置，对控制策略的动态响应要求很高。
[0004]因此研究一种切实可行的超级电容储能型动态电压恢复器控制方法，对于推广储能系统在配电网电能电压跌落抑制的应用显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，用以解决电网电压可能发生的故障类型复杂且检测困难，采用DVR作为补偿电压跌落的装置，对控制策略的动态响应难以满足使用要求的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，应用于包括以下组件的超级电容储能的动态电压恢复器：变压器、LC滤波电路、逆变H桥单元、直流侧电容、Buck
‑
Boost单元和超级电容阵列；包括以下控制方式：
[0008]超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC
‑
DC直流侧电压恒定，再通过DC
‑
DC电路以恒功率向超级电容充电；
[0009]电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC
‑
DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC
‑
DC高压侧电压恒定。
[0010]优选地，动态电压恢复器中，LC滤波电路串联接在逆变H桥单元的输出端，变压器一次侧与LC滤波电路中的电容C并联，二次侧接入电网；三个独立的逆变H桥单元采用直流并联、交流接隔离变压器方式进行连接；三个独立的Buck
‑
Boost单元采用高压端直接并联、低压端经电感交错并联方式进行连接。
[0011]优选地，超级电容充电模态中，通过以下两种方式得到PWM信号：
[0012]1)当故障诊断单元检测到电网电压稳定，且AC
‑
DC直流侧电压低于工作电压时，从电网中取电，用AC
‑
DC直流侧工作电压参考值减去实际电压U
dc
再加上功率前馈环节计算得到的变压器一次侧电压有效值u
orms
得到第一充电指令；功率前馈计算式为：u
orms
＝u
sc
*i
sc
/i
orms
，其中，u
sc
为超级电容电压，i
sc
为Buck
‑
Boost单元电感电流，i
orms
为变压器一次侧电流有效值；第一充电指令为：u
ref
＝(200
‑
U
dc
)+u
orms
；
[0013]将第一充电指令u
ref
，减去变压器一次侧电压u
o
，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流i
ck
；
[0014]将滤波电容电流i
ck
，加上变压器一次侧电流i
o
，再减去滤波电感电流i
L
并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压u
L
；
[0015]将滤波电感电压u
L
，加上滤波电容电压u
ck
，两者的和再除以实际电压U
dc
得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
[0016]2)当故障诊断单元检测电网电压稳定，AC
‑
DC直流侧电压等于工作电压且超级电容电压低于工作电压时，以恒功率向超级电容充电，得到第二充电指令i
ref
；第二充电指令为i
ref
＝1000/u
sc
；u
sc
为超级电容电压；
[0017]将第二充电指令i
ref
，减去Buck
‑
Boost单元电感电流i
sc
，经过G2’
(s)信号处理后，获得滤波电感电压u
L
’
；
[0018]将滤波电感电压u
L
’
，加上超级电容电压u
sc
，两者的和除以实际电压U
dc
得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
[0019]优选地，电压补偿模态，通过以下方式得到PWM信号：
[0020]3)当故障诊断单元检测电网电压跌落时，超级电容放电补偿电网电压，使负载电压稳定：
[0021]Ⅰ.对DC
‑
DC部分，指令计算为AC
‑
DC直流侧工作电压参考值减去实际电压，经过G1’
(s)信号处理后，获得Buck
‑
Boost单元电感电流i
sc
,再加上功率前馈环节计算得到的Buck
‑
Boost单元电感电流i
sc
得到补偿指令i
ref
；
[0022]将补偿指令i
ref
，减去Buck
‑
Boost单元电感电流i
sc
，经过G2’
(s)信号处理后，获得滤波电感电压u
L
’
；
[0023]将滤波电感电压u
L
’
，加上超级电容电压u
sc
，两者的和再除上U
dc
得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
[0024]Ⅱ.对AC
‑
DC部分，指令计算为负载参考电压减去电网实际电压，计算式为：u
ref
＝v
Lref
‑
v
s
；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，应用于包括以下组件的超级电容储能的动态电压恢复器：变压器、LC滤波电路、逆变H桥单元、直流侧电容、Buck
‑
Boost单元和超级电容阵列；其特征在于，包括以下控制方式：超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC
‑
DC直流侧电压恒定，再通过DC
‑
DC电路以恒功率向超级电容充电；电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC
‑
DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC
‑
DC高压侧电压恒定。2.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，其特征在于，所述动态电压恢复器中，LC滤波电路串联接在逆变H桥单元的输出端，变压器一次侧与LC滤波电路中的电容C并联，二次侧接入电网；三个独立的逆变H桥单元采用直流并联、交流接隔离变压器方式进行连接；三个独立的Buck
‑
Boost单元采用高压端直接并联、低压端经电感交错并联方式进行连接。3.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，其特征在于，所述超级电容充电模态中，通过以下两种方式得到PWM信号：1)当故障诊断单元检测到电网电压稳定，且AC
‑
DC直流侧电压低于工作电压时，从电网中取电，用AC
‑
DC直流侧工作电压参考值减去实际电压U
dc
再加上功率前馈环节计算得到的变压器一次侧电压有效值u
orms
得到第一充电指令；将第一充电指令u
ref
，减去变压器一次侧电压u
o
，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流i
ck
；将滤波电容电流i
ck
，加上变压器一次侧电流i
o
，再减去滤波电感电流i
L
并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压u
L
；将滤波电感电压u
L
，加上滤波电容电压u
ck
，两者的和再除以实际电压U
dc
得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；2)当故障诊断单元检测电网电压稳定，AC
‑
DC直流侧电压等于工作电压且超级电容电压低于工作电压时，以恒功率向超级电容充电，得到第二充电指令i
ref
；将第二充电指令i
ref
，减去Buck
‑
Boost单元电感电流i
sc
，经过G2’
(s)信号处理后...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴传平，周天念，刘毓，陈宝辉，梁平，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：