一种动态电压恢复器优化组合补偿方法及系统与流程

本发明涉及暂态电能质量补偿领域，特别是一种动态电压恢复器优化组合补偿方法及系统。

背景技术：

在供电系统中，电压跌落是工业生产中的重要安全隐患。动态电压恢复器能有效补偿电压跌落，确保各种跌落状况下的连续生产。

动态电压恢复器常用的电压跌落补偿策略包括完全补偿法、同相补偿法、最小能量法。完全补偿法使补偿后的电压完全恢复到跌落发生前的电压，其优点是能保证跌落前后负载电压的连续性，但该方法的缺点是DVR输出电压相量和功率不受控制；同相补偿法将系统跌落电压的幅值补偿至额定电压，而相位与跌落后的电压一致，其优点是补偿电压幅值最小并且计算简单，缺点是输出功率不受控制，而且补偿后的负载电压有相角偏移；最小能量法，是使补偿后的负载电压幅值达到额定值，其优点是DVR输出能量最小，缺点是负载电压也有相角偏移，计算复杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种动态电压恢复器优化组合补偿方法及系统，本发明提高了直流电容储能的利用率，延长了跌落补偿时间。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种动态电压恢复器优化组合补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：在电网侧电压发生跌落时刻，采用完全补偿法计算出动态电压恢复器DVR向电网中注入的电压幅值和相位，同时锁相环锁定电网侧电压相位并进行存储，此时U₁＝U_g＝U₁'，负载侧电压波形没有畸变，在此期间直流储能电容开始放电；其中，U_g为跌落前的电网侧电压，U₁为跌落前的负载电压，U₁'为跌落补偿过程中的负载电压；

步骤二：当直流母线电压低于设定值后，动态电压恢复器DVR向电网侧注入补偿电压U_dvr'相位，同时锁相环立即锁定负载电压相位，使注入补偿电压U_dvr'幅值不断减小；其中，U_dvr'为电压跌落补偿过程中的DVR注入电压幅值；

步骤三：通过锁相环将负载电压相位平滑过渡至电网侧电压相位，进一步减小注入电压U_dvr'幅值；

步骤四：采用同相补偿法使得DVR输出电压、电网侧电压和负载电压的相位完全相同，则注入电压U_dvr'幅值达到最小，此时U_dvr'+U_g'＝U₁'；其中，U_g'为跌落后的电网侧电压。

作为本发明所述的一种动态电压恢复器优化组合补偿方法进一步优化方案，锁相环对负载电压相位进行实时跟踪，保证相位平滑过渡。

基于上述的一种动态电压恢复器优化组合补偿方法的系统，包括同步电压检测模块、电压跌落检测模块、注入电压计算模块和PWM脉冲产生模块；其中，

同步电压检测模块，用于检测电网侧和负载侧电压相位，同时对电压信号进行abc-dq坐标变换；

电压跌落检测模块，用于检测电网侧电压幅值和相位并与参考值相比较，确定DVR是否投入补偿；

注入电压计算模块，用于计算DVR初始注入相角、过渡阶段相位和最终相角，确保平滑转换；

PWM脉冲产生模块，用于驱动逆变器功率器件的开关输出信号。

作为本发明所述的一种动态电压恢复器优化组合补偿方法的系统进一步优化方案，所述注入电压计算模块包括完全补偿单元和同相补偿单元；其中，

完全补偿单元，用于当生成误差信号，采用完全补偿法计算动态电压恢复器注入电压幅值和相位，同时锁相环锁定电网侧电压相位并进行存储；

同相补偿单元，用于当直流母线电压低于设定值时，开始执行同相补偿法，锁相环被解锁并与电网侧电压同步，并控制补偿电压与电网侧电压同相位。

作为本发明所述的一种动态电压恢复器优化组合补偿方法的系统进一步优化方案，PWM脉冲产生模块是根据注入的U_{a_ref}信号、U_{b_ref}信号、U_{c_ref}信号而形成脉冲调制信号，由H桥逆变单元控制逆变器功率器件的开关输出电压，最后经LC滤波器消除高次谐波，完成对电压的补偿；其中，U_{a_ref}为动态电压恢复器A相注入电压，U_{b_ref}为动态电压恢复器B相注入电压，U_{c_ref}为动态电压恢复器C相注入电压。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明通过完全补偿法和同相补偿法的缓慢过渡，逐渐实现相位逼近，降低补偿电压幅值，在保证负载波形畸变最低的情况下延长补偿时间；

(2)本发明抑制了跌落时负载电压畸变，降低了动态电压恢复器注入电压幅值，延长了跌落补偿时间，提高了直流电容储能的利用率。

附图说明

图1是本发明动态电压恢复器优化补偿策略相量示意图；其中，(a)为动态电压补偿过程的第一阶段，此阶段采用完全补偿法；(b)为动态电压补偿过程的第二阶段，此阶段主要是启动补偿电压相位平滑过渡；(c)为动态电压补偿过程的第三阶段，此阶段使得负载电压相位平滑过渡到电网侧电压相位；(d)为动态电压补偿过程的第四阶段，此阶段采用同相补偿法。

图2是本发明动态电压恢复器优化补偿策略的实现原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种动态电压恢复器优化组合补偿策略相量示意图，图1中的(a)为动态电压补偿过程的第一阶段，此阶段采用完全补偿法；图1中的(b)为动态电压补偿过程的第二阶段，此阶段主要是启动补偿电压相位平滑过渡；图1中的(c)为动态电压补偿过程的第三阶段，此阶段使得负载电压相位平滑过渡到电网侧电压相位；图1中的(d)为动态电压补偿过程的第四阶段，此阶段采用同相补偿法。U_g为跌落前的电网侧电压，U₁为跌落前的负载电压，U_g'为跌落后的电网侧电压，U₁'为跌落补偿过程中的负载电压，U_dvr'为跌落补偿过程中的DVR注入电压幅值，I₁为跌落前的负载电流，I₁'为跌落补偿过程中的负载电流，为功率因数角，δ为相位跳变。其特征在于，所述动态电压恢复器补偿策略从完全补偿至同相补偿法共需要四个步骤，其中：

步骤一：在电网侧电压发生跌落时刻，采用完全补偿法计算出动态电压恢复器DVR向电网中注入的电压幅值和相位，同时锁相环锁定电网侧电压相位并进行存储，此时U₁＝U_g＝U₁'，负载侧电压波形没有畸变，在此期间直流储能电容开始放电；其中，U_g为跌落前的电网侧电压，U₁为跌落前的负载电压，U₁'为跌落补偿过程中的负载电压；

步骤二、当直流母线电压低于设定值后，动态电压恢复器DVR向电网侧注入补偿电压U_dvr'相位，同时锁相环立即锁定负载电压相位，使注入补偿电压U_dvr'幅值不断减小；其中，U_dvr'为电压跌落补偿过程中的DVR注入电压幅值；

步骤三、通过锁相环将负载电压相位缓慢平滑过渡至电网侧电压相位，进一步减小注入电压U_dvr'幅值；

步骤四、采用同相补偿法使得DVR输出电压、电网侧电压和负载电压的相位完全相同，则注入电压U_dvr'幅值达到最小，此时U_dvr'+U_g'＝U₁'。

所述锁相环对跌落时刻电网侧电压相位进行锁定并存储，在过渡阶段，锁相环对负载电压相位进行实时跟踪，保证相位平滑过渡。

如图2所示，所述动态电压恢复器优化补偿策略实现框图包括同步电压检测模块、电压跌落检测模块、注入电压计算模块、PWM脉冲产生模块，其中U_dvr为动态电压恢复器注入电压，θ为电网侧电压相位，θ'为负载电压相位，U_{d_ref}为参考电压d轴分量，U_{q_ref}为参考电压q轴分量，U_{d_g}为电网侧电压d轴分量，U_{q_g}为电网侧电压q轴分量，U_{dc_ref}为直流母线平均电压参考值，U_{dc_mean}为直流母线平均电压，U_{a_ref}为动态电压恢复器A相注入电压，U_{b_ref}为动态电压恢复器B相注入电压，U_{c_ref}为动态电压恢复器C相注入电压，U_{s(dvr_max)}为动态电压恢复器最大电压，Q₁为负载无功功率，P₁为负载有功功率，α为计算幅值和相位的输出相位。其中：

所述同步电压检测模块用于检测电网侧和负载侧电压相位，同时对电压信号进行abc-dq坐标变换；

所述电压跌落检测模块主要检测电网侧电压幅值和相位并与参考值特征量相比较，确定DVR是否投入补偿；

所述注入电压计算模块用于计算DVR初始注入相角、过渡阶段相位和最终相角，确保平滑转换；

所述PWM脉冲产生模块用于驱动逆变器功率器件的开关输出信号。

动态电压恢复器优化组合补偿策略实现原理：当发生电压跌落时，同步电压检测模块、电压跌落检测模块检测出电网侧电压幅值，锁相环检测到跌落时刻相位，然后将其特征量与参考值进行比较，以确定动态电压恢复器是否投入补偿。当生成误差信号，首先采用完全补偿法计算动态电压恢复器注入电压幅值和相位，当直流母线电压低于设定值时，开始执行同相补偿法，锁相环被解锁并与电网侧电压同步，并控制补偿电压与电网侧电压同相位。注入信号(U_{a_ref}，U_{b_ref}，U_{c_ref})输入PWM脉冲产生模块形成脉冲调制信号，由H桥逆变单元控制逆变器功率器件的开关输出电压，最后经LC滤波器消除高次谐波，完成对电压的补偿。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。