基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法与流程

本发明属于智能电网及其控制，具体涉及一种基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法。

背景技术：

1、动态电压恢复器(dvr)是一种用于解决配电网电压暂降、暂升等动态电能质量问题的设备。它通过向电网注入特定的串联电压来消除电压扰动，确保敏感负荷的正常运行。其检测模块负责实时采集系统和负载侧的电量，为补偿控制环节提供准确的信息。补偿控制单元则根据实时信息、特定负载的需要和dvr的补偿能力等因素综合确定实时的电压补偿量，并进行实时控制。

2、dvr的控制策略是其研究的重要组成部分，现有技术有研究利用参数模糊自整定pid控制方法对三相无串联变压器型dvr进行控制，实现了对系统电压暂降快速、准确的补偿。此外还有基于遗传算法对配电网中dvr的容量和位置进行优化，以提高经济性。还有研究对配电网动态电压恢复器的控制技术进行了研究，包括对电压信号的检测算法进行改进，以满足补偿瞬时性的要求。

3、在控制策略的具体实现方面，有研究提出了使用比例积分(pi)和自适应神经模糊推理系统(anfis)控制方案，通过仿真和实现来改善配电网络的电压质量。还有研究基于变结构控制对比分析了两种方法设计动态电压恢复器的非线性控制。

4、然而现有技术多数通过端对端的控制或补偿来实现，在面对突变的负载，无法做到很高的实时性和精确性，导致切换无法适应负荷的突变，进而造成电网运行出现大面积故障。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法。

2、在第一方面，本发明提供的电压恢复器dvr包含如下单元：

3、储能系统：dvr需要一个储能系统来提供所需的能量，以快速产生补偿电压。储能系统可以为电池、超级电容器或其它形式的能量存储设备。

4、控制单元：dvr的控制单元负责监测电网状态，检测电压负荷的突变，并根据检测结果控制逆变器产生相应的补偿电压；控制单元包括检测算法、控制策略和执行机构。

5、接口电路：dvr需要与电网和负载进行连接，因此需要一个接口电路来实现电气连接。接口电路可以包括变压器或其他类型的耦合设备，以适应不同的电网条件。

6、保护和旁路单元：为了确保系统的安全和可靠性，dvr通常配备有保护电路和旁路机制；这些机制可以在检测到异常情况时自动切换，保护系统不受损害。

7、通信接口：dvr通信接口与外部控制系统或监控系统进行数据交换，实现远程监控和控制。

8、第二方面，在本发明中电网三相dvr的控制单元包含逆变器、lc滤波电路以及级联的升压变压器和旁路切换开关，其中直流电压源udc作为dvr系统电源。

9、其中逆变器实现将储能系统中的能量转换为所需的补偿电压，逆变器采用pwm(脉宽调制)技术来控制输出电压的幅值和相位。滤波电路为了减少逆变器产生的补偿电压中的谐波，dvr可能还包括滤波电路，以提高补偿电压的质量。

10、更进一步地，本发明基于上述本发明提供的基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法，具体包含如下步骤：

11、步骤1，进行负载趋势判断，判断当前负荷电压uo和负载电流io增加和衰减趋势，按照增加和衰减趋势分为不同的负荷模式，具体包含同步升高模式，负载电流升高和电压降低模式，负载电压降低电流升高模式，电压及电流同步降低四种模式，并分别定义为模式1-模式4。

12、步骤2，基于dvr可测变量建立输出电压预测模型，具体包含：

13、定义变量err为当前t时刻dvr的测得输出电压与校正后输出预测值的差值为：

14、err(t)＝uo(t)-uoc(t)err(t)＝uo(t)-uoc(t)

15、其中式中uo(t)表示k时刻测量的输出电压，uoc(t)表示t时刻dvr校正后的预测输出电压；

16、进一步建立通过多元dvr输出电压拟合预测电压模型，根据当前t时刻dvr输出电压、逆变器电感电流和负载电流以及逆变器输出电压，即可预测t+1时刻dvr的输出电压。通过以下公式预测：

17、

18、其中，f为dvr采样频率，为当前时刻逆变装置电感的电流值，iβ(t)]为当前时刻的负载电流值，r、l和c为滤波电路对应的电阻、电感和电容；

19、由上式计算出k+1时刻输出电压uop(t+1)后，用k时刻预测输出电压的偏差值err对预测输出电压uop(t+1)进行校正，得到k+1时刻校正后的dvr预测输出电压为

20、uo(t+1)＝uop(t+1)+err(t)；

21、步骤3，基于预测输出电压以及当前负荷模式进行电压判断当前是否存在电压暂降。具体当采样周期中连续n个周期内预测输出电压与前一时刻输出电压值差值超过一定阈值，则判断存在电压暂降；

22、步骤4，当未检测到电压暂降事件时，控制此时负载电流流经晶闸管旁路支路流过；

23、步骤5，当检测到电压暂降事件发生时，基于步骤1中的负荷模式进行补偿切入的自适应控制；

24、具体，当前负荷模式属于模式2或模式3时，此时去除晶闸管触发信号，同时使用和激活电流环，滤波电感电流线性跟随负载电流iβ(t)]调整，由于此阶段晶闸管尚未关断，滤波电容支路被旁路控制，电感的开关突变纹波会叠加到逐渐降低的晶闸管电流上，降低晶闸管电流至维持电流以下，并在t+1时刻晶闸管完全断开，电流全部换流至滤波电感侧；

25、当前负荷模式属于模式1或模式4时，确定当前负载突变模态，保持电流环控制结构不变，对电流环的偏差值作滤波处理，根据其与阈值电流的比较结果选择是否切换到电压环；进一步在下一时刻刻判断系统已换流成功，同步由电流环切换到电压环，dvr根据所选补偿策略和补偿需求输出电压，dvr系统进入电压补偿模态。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对现有技术方案的存在不能可靠管段晶闸管以及无法快速准确满足负载突变的控制切入的技术缺陷，本发明提出输出电压预测模型进行电压暂降的方法，该方法基于当前时刻即可进行下一时间输出电压的准确预测，进而在高准确性预测的基础上，建立了一种负载适应性较强的基于反馈控制的自适应快速切换策略，所提策略的目的是保证关断过程在负载功率突变以及电流过零影响，提高晶闸管关断的可靠性，实现电压恢复器dvr快速精确控制。

技术特征：

1.一种基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于电压恢复器dvr包含储能系统、控制单元、接口电路、保护和旁路单元以及通信接口，动态电压恢复器及其控制方法用于执行如下步骤：

2.根据权利要求1所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于：dvr为三相dvr。

3.根据权利要求1所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于控制单元包含逆变器、lc滤波电路以及级联的升压变压器和旁路切换开关，其中直流电压源作为dvr系统电源。

4.根据权利要求1所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于：步骤1具体包含同步升高模式、负载电流升高和电压降低模式、负载电压降低电流升高模式以及电压及电流同步降低四种模式，并分别定义为模式1-模式4。

5.根据权利要求4所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于：步骤3中具体当采样周期中连续n个周期内预测输出电压与前一时刻输出电压值差值超过一定阈值，则判断当前存在电压暂降。

6.根据权利要求4所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于：步骤5中自适应控制包含，当前负荷模式属于模式2或模式3时，此时去除晶闸管触发信号，同时使用和激活电流环，滤波电感电流线性跟随负载电流iβ(t)]调整，由于此阶段晶闸管尚未关断，滤波电容支路被旁路控制，电感的开关突变纹波会叠加到逐渐降低的晶闸管电流上，降低晶闸管电流至维持电流以下，并在t+1时刻晶闸管完全断开，电流全部换流至滤波电感侧。

7.根据权利要求6所述的动态电压恢复器及其控制方法，其特征在于：步骤5中自适应控制包含，当前负荷模式属于模式1或模式4时，确定当前负载突变模态，保持电流环控制结构不变，对电流环的偏差值作滤波处理，根据其与阈值电流的比较结果选择是否切换到电压环；进一步在下一时刻刻判断系统已换流成功，同步由电流环切换到电压环，dvr根据所选补偿策略和补偿需求输出电压，dvr系统进入电压补偿模态。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现权利要求1-7中任意一项权利要求所述的控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时可实现权利要求1-7中任意一项权利要求所述的控制方法。

技术总结
本发明提供了一种基于配电网状态采集的动态电压恢复器及其控制方法，属于智能电网及其控制技术领域；针对现有技术方案的存在不能可靠管段晶闸管以及无法快速准确满足负载突变的控制切入的技术缺陷，本发明提出输出电压预测模型进行电压暂降的方法，该方法基于当前时刻即可进行下一时间输出电压的准确预测，进而在高准确性预测的基础上，建立了一种负载适应性较强的基于反馈控制的自适应快速切换策略，所提策略的目的是保证关断过程在负载功率突变以及电流过零影响，提高晶闸管关断的可靠性，实现电压恢复器DVR快速精确控制。

技术研发人员：金京
受保护的技术使用者：无锡圣鑫科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4