本發(fā)明涉及配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的補(bǔ)償控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

由于配電網(wǎng)的日益復(fù)雜以及分布式發(fā)電單元的大量接入，用戶側(cè)出現(xiàn)了越來越多的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)的電壓?jiǎn)栴}，例如電壓暫降，突升和諧波。這些問題會(huì)損壞敏感負(fù)載，造成經(jīng)濟(jì)損失。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是解決這一類問題的理想設(shè)備，它通過在網(wǎng)側(cè)與負(fù)載之間注入一補(bǔ)償電壓來動(dòng)態(tài)的恢復(fù)電網(wǎng)電壓，降低電網(wǎng)畸變。常見的一種動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)溆蒱橋結(jié)構(gòu)電壓源逆變器，濾波器，串聯(lián)交流電容和旁路單元四部分組成。如圖1所示。

常見的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的補(bǔ)償控制方法主要有同相補(bǔ)償、超前補(bǔ)償和功率最優(yōu)補(bǔ)償?shù)确椒āＭ嘌a(bǔ)償方法能夠補(bǔ)償負(fù)載電壓幅值，補(bǔ)償電壓的相位和網(wǎng)側(cè)一致。超前補(bǔ)償方法能夠應(yīng)對(duì)電壓暫降時(shí)發(fā)生的相位跳變，動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)償電壓幅值和相位，保證負(fù)載電壓的穩(wěn)定。功率最優(yōu)補(bǔ)償方法能夠在補(bǔ)償電網(wǎng)的電壓暫降的同時(shí)最大效率利用直流母線的儲(chǔ)能，延長(zhǎng)補(bǔ)償時(shí)間。但是上述三種補(bǔ)償控制方法均沒有考慮動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出電流峰值的限制，無法在深度跌落時(shí)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述難題，對(duì)于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器在電網(wǎng)電壓深度跌落時(shí)，受限于其開關(guān)器件的最大允許電流，不能完全補(bǔ)償負(fù)載電壓的情況下，提供了一種采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法在深度跌落發(fā)生時(shí)，能夠進(jìn)行完全補(bǔ)償，保護(hù)敏感負(fù)載的正常運(yùn)行。在本發(fā)明所提出的補(bǔ)償方式下，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出電流不超過器件允許的最大電流，且迅速地完全補(bǔ)償電壓跌落，并且不會(huì)產(chǎn)生電壓跳變。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括：電網(wǎng)跌落檢測(cè)模塊、補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)；所述電網(wǎng)跌落檢測(cè)模塊與補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊連接，所述補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)依次連接；

所述電壓控制環(huán)包括：加法器和電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器連接；

所述電流控制環(huán)包括：自適應(yīng)限幅器、加法器和電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器；所述自適應(yīng)限幅器的輸出連接加法器，所述加法器連接電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器。

進(jìn)一步地，在所述電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)之間連接諧波提取模塊。

一種采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制方法，包括以下步驟：

(1)檢測(cè)跌落前后的電網(wǎng)電壓、電流的幅值和相位參數(shù)；

(2)根據(jù)上述檢測(cè)到的參數(shù)，通過最小電流注入算法計(jì)算動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器完全補(bǔ)償電網(wǎng)電壓跌落的最小補(bǔ)償電流對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓參考；

(3)將得到的補(bǔ)償電壓參考通過電壓控制環(huán)，輸出補(bǔ)償電流參考；

(4)補(bǔ)償電流參考先進(jìn)入自適應(yīng)限幅器，輸出限幅后的補(bǔ)償電流參考，即為自適應(yīng)限幅后輸出基波補(bǔ)償電流參考，與輸出特定次諧波補(bǔ)償電流參考相加即為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器總輸出補(bǔ)償電流參考，該參考與動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器實(shí)際輸出電流之差進(jìn)行pr調(diào)節(jié)，輸出進(jìn)入spwm信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生控制開關(guān)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的補(bǔ)償電壓參考具體為：

vsag,ref＝vdvr∠θdvr；

其中，

式中，vdvr為最小電流注入法的補(bǔ)償電壓幅值，θdvr為最小電流注入法的補(bǔ)償電壓相位；v^*g表示跌落后的電網(wǎng)電壓，vs是負(fù)載電壓，γ為最小補(bǔ)償電流與負(fù)載電流相位夾角，為負(fù)載功率因數(shù)角、δ為電壓跌落時(shí)相位跳變角。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)的具體方法為：

將步驟(2)中得到的補(bǔ)償電壓參考與設(shè)定電壓之差輸入電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器，電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器輸出補(bǔ)償電流參考。

進(jìn)一步地，pr調(diào)節(jié)器輸出的補(bǔ)償電流參考具體為：

其中，ωh是基波及特定次諧波頻率,ωc是截止頻率，kih是控制器積分系數(shù)，kp1是控制器比例系數(shù)，vsag,ref為補(bǔ)償電壓參考，vdvr為最小電流注入法的補(bǔ)償電壓幅值。

進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)限幅器通過自適應(yīng)限幅系數(shù)glimit來限制電流峰值。

進(jìn)一步地，限幅后的補(bǔ)償電流參考具體如下：

其中，idvr,f,inner是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出基波補(bǔ)償電流參考、idvr,max為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出最大允許電流。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中輸出的補(bǔ)償電流參考經(jīng)過諧波提取后進(jìn)入電流控制環(huán)。

進(jìn)一步地，電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器輸出具體為：

其中，ωh是基波及特定次諧波頻率，ωc是截止頻率，kih是控制器積分系數(shù)，kp2是控制器比例系數(shù)；i^*dvr,f是自適應(yīng)限幅后輸出基波補(bǔ)償電流參考、i^*dvr,h是輸出特定諧波次補(bǔ)償電流參考、idvr是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出實(shí)際電流。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在深度跌落情況下，電網(wǎng)電壓的完全補(bǔ)償；

(2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器輸出補(bǔ)償電流不超過最大允許電流；

(3)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償過程中，輸出補(bǔ)償電流最小。

(4)通過加入諧波提取模塊，還可在補(bǔ)償?shù)涞耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓諧波的抑制。

附圖說明

圖1為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)鋱D；

圖2為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等效系統(tǒng)框圖；

圖3傳統(tǒng)同相注入補(bǔ)償法向量圖；

圖4最小電流注入法向量圖；

圖5為本發(fā)明提出的最小電流注入方法控制框圖；

圖6(a)為削頂限幅器工作示意圖；

圖6(b)為自適應(yīng)限幅器工作示意圖；

圖7(a)為同相注入法補(bǔ)償?shù)?削頂限幅器)仿真結(jié)果；

圖7(b)為同相注入法補(bǔ)償?shù)?自適應(yīng)限幅器)仿真結(jié)果；

圖8為最小電流注入發(fā)補(bǔ)償?shù)涞姆抡娼Y(jié)果。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

以如圖1所示動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)潢U述補(bǔ)償電壓跌落控制方法。

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)溆蒱橋結(jié)構(gòu)電壓源逆變器，濾波器，串聯(lián)交流電容和旁路單元四部分組成，以串聯(lián)形式接入在電網(wǎng)與負(fù)載之間。圖2為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的等效系統(tǒng)框圖，通過注入相應(yīng)的補(bǔ)償電壓來使電壓恢復(fù)。

本發(fā)明中采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括：電網(wǎng)跌落檢測(cè)模塊、補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)；電網(wǎng)跌落檢測(cè)模塊與補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊連接，補(bǔ)償電壓計(jì)算模塊、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)依次連接；

電壓控制環(huán)包括：加法器和電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器連接；電流控制環(huán)包括：自適應(yīng)限幅器、加法器和電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器；所述自適應(yīng)限幅器的輸出連接加法器，所述加法器連接電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器。在電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)之間連接諧波提取模塊。通過加入諧波提取模塊，還可在補(bǔ)償?shù)涞耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓諧波的抑制。

本發(fā)明中采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制方法主要包括以下內(nèi)容：

(1)檢測(cè)跌落前后的電網(wǎng)電壓、電流的幅值和相位參數(shù)；

(2)根據(jù)上述檢測(cè)到的參數(shù)，通過最小電流注入算法計(jì)算動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器完全補(bǔ)償電網(wǎng)電壓跌落的最小補(bǔ)償電流對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓參考；

(3)將步驟(2)中得到的補(bǔ)償電壓參考與設(shè)定電壓之差輸入電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器，電壓控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器輸出補(bǔ)償電流參考；

(4)補(bǔ)償電流參考先進(jìn)入自適應(yīng)限幅器，輸出限幅后的補(bǔ)償電流參考，即為自適應(yīng)限幅后輸出基波補(bǔ)償電流參考，與輸出特定次諧波補(bǔ)償電流參考相加即為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器總輸出補(bǔ)償電流參考，該參考與動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器實(shí)際輸出電流之差輸入電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器，電流控制環(huán)pr調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)入spwm信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生控制開關(guān)信號(hào)。

在本發(fā)明中，最小電流注入法的各矢量對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示，其中vg和v^*g表示跌落前后的電網(wǎng)電壓，vs是負(fù)載電壓，i^*g為跌落后的負(fù)載電流,cf為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的串聯(lián)電容。補(bǔ)償后電網(wǎng)電壓相位由下式給出：

其中，γ可用于求解最小電流注入法的補(bǔ)償電壓幅值和相位，由下式可得：

由上述兩式可得補(bǔ)償電壓參考，如下式所示：

vsag,ref＝vdvr∠θdvr(5)

由圖4向量關(guān)系可知，該補(bǔ)償電壓參考即對(duì)應(yīng)最小補(bǔ)償電流。利用向量關(guān)系進(jìn)一步求解出最小電流注入法的最小補(bǔ)償電流，如下式所示：

其中，

同樣作為對(duì)比，可以得到傳統(tǒng)的同相注入補(bǔ)償法的補(bǔ)償電流，如圖3所示。即下式：

由式(6)和(7)可得，在完全補(bǔ)償時(shí)，同相注入補(bǔ)償法與本發(fā)明的最小電流注入法所需的補(bǔ)償電流相比，本發(fā)明完成電壓補(bǔ)償所需的補(bǔ)償電流均小于傳統(tǒng)方法，尤其在功率因數(shù)低，電壓深度跌落的情況下，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)補(bǔ)償方法有較大優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明提出的最小電流注入方法控制框圖如圖5所示，上述補(bǔ)償電壓參考計(jì)算模塊，電網(wǎng)檢測(cè)模塊位于圖5上方，輸出補(bǔ)償電壓參考進(jìn)入控制閉環(huán)。其中電壓環(huán)采用pr控制器，如下式：

其中，ωh是基波及特定次諧波頻率,ωc是截止頻率，kih是控制器積分系數(shù)，kp1是控制器比例系數(shù)。

電壓電流閉環(huán)控制框圖位于圖5下方，與傳統(tǒng)控制方法不同，在電流環(huán)中，加入了一個(gè)電流限幅器。傳統(tǒng)的限幅器如圖6(a)所示，為削頂限幅，即電流達(dá)到上限后就限制為上限值。如下式所示：

這種方式簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)在補(bǔ)償電壓的同時(shí)引入大量諧波，對(duì)敏感負(fù)荷產(chǎn)生危害。

本發(fā)明中所使用的自適應(yīng)限幅器通過自適應(yīng)限幅系數(shù)glimit來限制電流峰值，控制示意圖見圖6(b)，如下式所示：

通過該系數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，使得補(bǔ)償電流始終低于最大允許電流。在該電流環(huán)中同樣采用pr控制器，在本發(fā)明中，通過加入諧波提取模塊，還可在補(bǔ)償?shù)涞耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓諧波的抑制。如下式：

本發(fā)明中所提出的最小電流注入方法可以顯著減小補(bǔ)償電流，在完全補(bǔ)償電壓跌落的同時(shí)還能夠抑制電網(wǎng)電壓諧波。

在matlab/simulink2014b中，仿真模型參數(shù)如下表所示：

電壓跌落發(fā)生在t＝0.06s，持續(xù)8個(gè)周波，電壓跌落深度為75％。該動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的輸出補(bǔ)償電流上限設(shè)為50a。圖7(a)為傳統(tǒng)同相注入補(bǔ)償法采用削頂限幅器的補(bǔ)償仿真結(jié)果。通過仿真可知，該方法的補(bǔ)償電流由于超過所設(shè)補(bǔ)償電流上限被削頂，使得補(bǔ)償后的負(fù)載電壓發(fā)生畸變，含有大量三次諧波成分。傳統(tǒng)同相注入補(bǔ)償法采用自適應(yīng)限幅器的補(bǔ)償仿真結(jié)果，如圖7(b)所示。通過仿真可知，更換限幅器后，補(bǔ)償電流經(jīng)限幅系數(shù)等比例減小后，補(bǔ)償電壓并沒有使負(fù)載電壓發(fā)生畸變，但是電網(wǎng)電壓并沒有被完全補(bǔ)償，補(bǔ)償效果欠佳。

圖8為本發(fā)明所提的最小電流注入補(bǔ)償控制方法的補(bǔ)償仿真結(jié)果。通過仿真可知，補(bǔ)償電流不超過最大允許電流，且能夠完全補(bǔ)償電網(wǎng)電壓深度跌落，補(bǔ)償效果好。

通過以上仿真結(jié)果可知，本發(fā)明所提出的采用最小電流注入法的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償控制方法可以有效降低補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)在深度跌落情況下對(duì)電網(wǎng)電壓的快速完全補(bǔ)償。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。