基于電力彈簧的電壓暫降治理電路及其治理方法與流程

本發(fā)明涉及一種基于電力彈簧的電壓暫降治理電路，還涉及一種基于電力彈簧的電壓暫降治理方法，屬于電力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：電壓暫降，又稱(chēng)為電壓驟降、電壓凹陷或電壓跌落，電壓暫降是供電電壓方均根值在短時(shí)間內(nèi)突然下降后又迅速恢復(fù)到正常狀態(tài)的事件，一般典型時(shí)間為0.5～30個(gè)周波的時(shí)間。電氣與電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE)將電壓暫降定義為：供電系統(tǒng)中某點(diǎn)的工頻電壓有效值突然下降到額定電壓的90％～10％，并在隨后的10ms～1min短暫持續(xù)后恢復(fù)正常。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)定義為工頻電壓有效值下降到額定電壓的90％～1％，持續(xù)時(shí)間為10ms～1min。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，敏感電力電子設(shè)備在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，電壓暫降造成的損失也顯著增多。根據(jù)國(guó)外某電力公司的調(diào)查，關(guān)于電壓暫降的投訴占電能質(zhì)量投訴的80％，電壓暫降已經(jīng)成為最重要的電能質(zhì)量問(wèn)題。抑制電壓暫降的設(shè)備通常有動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、不間斷電源(UPS)以及靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)等，這些設(shè)備為電壓暫降的治理作出了巨大的貢獻(xiàn)。所不足的是，雖然它們都能有效抑制電壓暫降，但都是基于現(xiàn)有模式，即先確定出暫降敏感型設(shè)備所需補(bǔ)償電壓(能量)的需求量，再提供相應(yīng)的發(fā)電量。而ES則顛覆了其運(yùn)行模式，它可廣泛分布于電網(wǎng)中的任意節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)不同的連接方式運(yùn)用于特定的暫降敏感負(fù)載上，控制方式簡(jiǎn)單，成本較低，同時(shí)不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)用性強(qiáng)。對(duì)于電壓暫降，存在兩種負(fù)載，一種是暫降敏感型負(fù)載(如接觸器、變頻器、計(jì)算機(jī)等)，其工作特性受電壓暫降影響很大，允許端電壓的波動(dòng)范圍較小；另一種是非暫降敏感型負(fù)載(如加熱器、制冷設(shè)備等)，由于電壓暫降的發(fā)生時(shí)間很短，對(duì)其工作影響不大甚至完全可以忽略。ES的基本原理可對(duì)偶到機(jī)械彈簧，在發(fā)生電壓暫降時(shí)將暫降敏感型負(fù)載的電壓控制在正常工作范圍內(nèi)而把電壓波動(dòng)轉(zhuǎn)移到非暫降敏感型負(fù)載上，并自動(dòng)調(diào)節(jié)非暫降敏感型負(fù)載的耗電量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于電力彈簧的電壓暫降治理電路，提高暫降敏感型負(fù)載對(duì)電壓暫降的耐受性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于電力彈簧的電壓暫降治理電路，包括電力彈簧和并聯(lián)于單相電網(wǎng)兩端的暫降敏感型負(fù)載，所述電力彈簧與非暫降敏感型負(fù)載相串聯(lián)后，與所述暫降敏感型負(fù)載并聯(lián)。所述電力彈簧包括：逆變器、連接于逆變器輸出端的LC濾波器和連接于逆變器輸入端的為逆變器供電的直流電源。所述逆變器的輸出端還連接有使能開(kāi)關(guān)。所述直流電源為蓄電池。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于電力彈簧的電壓暫降治理方法，包括如下步驟：步驟一：通過(guò)PT采集暫降敏感型負(fù)載兩端的暫降電壓反饋信號(hào)u1；步驟二：將所述u1與給定到PR控制器的參考正弦量u1_ref進(jìn)行比較，兩者做差后送入PR控制器進(jìn)行PR調(diào)節(jié)，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理之后作為CPS-SPWM的調(diào)制波，步驟三：將所述調(diào)制波與等腰三角形載波進(jìn)行比較，作為單相電壓源形逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步驟二中所述u1_ref的相位是通過(guò)鎖相環(huán)和相位計(jì)算得到的，具體步驟為：21)通過(guò)鎖相環(huán)得到所述暫降敏感型負(fù)載流過(guò)的電流的相位θ1；22)以所述作為參考向量，設(shè)定所述暫降敏感性負(fù)載的電壓超前的角度為α，得到u1_ref的相位是θ1+α；23)所述α計(jì)算公式為：其中：b和c的計(jì)算公式如下：式中，ω＝100π，L與C分別是所述LC濾波器的電感和電容值，UES是ES輸出電壓有效值，R2是所述非暫降敏感型負(fù)載阻值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：(1)將電力彈簧運(yùn)用于電壓暫降的治理上是一種全新的治理策略，相比于SVG、UPS等補(bǔ)償設(shè)備需確定補(bǔ)償容量，電力彈簧可有效克服這一缺點(diǎn)；而相比于DVR，電力彈簧的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、靈活；(2)電力彈簧可廣泛分布于電網(wǎng)中的任意節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)不同的連接方式運(yùn)用于各種特定的暫降敏感負(fù)載上，非暫降敏感型負(fù)載與暫降敏感型負(fù)載相串聯(lián)組成智能負(fù)載，能夠提高暫降敏感型負(fù)載的電壓暫降耐受性，同時(shí)不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣泛；(3)電力彈簧通過(guò)PR控制器和CPS-SPWM調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)暫降敏感型負(fù)載的電壓跟蹤和調(diào)制，在治理電壓暫降的同時(shí)能有效改善補(bǔ)償時(shí)電壓的總諧波畸變率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明提供的基于電力彈簧的電壓暫降治理電路的電路圖。圖2為本發(fā)明中電力彈簧對(duì)電壓暫降的治理框圖。圖3為本發(fā)明中CPS-SPWM調(diào)制方法圖。圖4為發(fā)生單相電壓暫降(0.04s～0.10s)時(shí)，不接電力彈簧時(shí)暫降敏感型負(fù)載端電壓仿真波形圖。圖5為發(fā)生單相電壓暫降(0.04s～0.10s)時(shí)，接入電力彈簧后暫降敏感型負(fù)載端電壓仿真波形圖。圖中：1.1為單相電網(wǎng)；1.2為輸電線等效電感；1.3為輸電線等效電阻；1.4為非暫降敏感型負(fù)載；1.5為暫降敏感型負(fù)載；1.6為L(zhǎng)C濾波器的濾波電容；1.7為L(zhǎng)C濾波器的濾波電感；1.8為使能開(kāi)關(guān)；1.9為單相電壓源性逆變器；1.10為逆變器直流電源。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，為本發(fā)明提供的基于電力彈簧的電壓暫降治理電路，包括電力彈簧和并聯(lián)于單相電網(wǎng)兩端的暫降敏感型負(fù)載，電力彈簧與非暫降敏感型負(fù)載相串聯(lián)后，與暫降敏感型負(fù)載并聯(lián)。當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，電力彈簧瞬時(shí)動(dòng)作為暫降敏感型負(fù)載提供無(wú)功支撐使其電壓抬升至正常工作范圍之內(nèi)，而將電壓的波動(dòng)轉(zhuǎn)移到非暫降敏感型負(fù)載上，保證暫降型敏感負(fù)載的電壓穩(wěn)定。電力彈簧包括：逆變器、連接于逆變器輸出端的LC濾波器和連接于逆變器輸入端的為逆變器供電的直流電源。逆變器采用單相電壓源型逆變器，逆變器的輸出端還連接有使能開(kāi)關(guān)。電力彈簧的基本原理可對(duì)偶于機(jī)械彈簧，機(jī)械彈簧的胡克定律(式1)對(duì)應(yīng)到電力彈簧的關(guān)系式(式2)如下：F=-k·xP=12kx2---(1)]]>q=-C·uP=12C·u2---(2)]]>作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述逆變器的直流電源為蓄電池，相比于電容，蓄電池可以產(chǎn)生一個(gè)與非暫降敏感型負(fù)載電流相差任意角度的電壓。本發(fā)明還提供了一種基于電力彈簧的電壓暫降治理方法，該方法是基于前述的治理電路進(jìn)行的。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于電力彈簧的電壓暫降治理方法作進(jìn)一步描述。在本發(fā)明的實(shí)例仿真中，電力彈簧采用電壓、電流雙閉環(huán)控制，濾波電容C和濾波電感L的取值分別為50uF和3mH，電網(wǎng)電壓幅值和頻率分別是220V/50Hz，電力彈簧中逆變器的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)為5KHz，具體包括以下步驟：步驟一：通過(guò)PT采集暫降敏感型負(fù)載兩端的暫降電壓反饋信號(hào)u1，此處采集的電壓信號(hào)與實(shí)際的端電壓瞬時(shí)值存在一系數(shù)比，該系數(shù)比將電壓信號(hào)進(jìn)行縮小，利于后續(xù)步驟的比較和計(jì)算，可通過(guò)電壓采樣調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)；步驟二：將u1與給定到PR控制器的參考正弦量u1_ref進(jìn)行比較，兩者做差后送入PR控制器進(jìn)行PR調(diào)節(jié)，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理之后作為SPWM的調(diào)制波；u1_ref的相位是通過(guò)鎖相環(huán)和相位計(jì)算得到的，具體步驟為：21)通過(guò)鎖相環(huán)得到所述暫降敏感型負(fù)載流過(guò)的電流的相位θ1；22)以所述作為參考向量，設(shè)定所述暫降敏感性負(fù)載的電壓超前的角度為α，得到u1_ref的相位是θ1+α；23)α計(jì)算公式為：其中：b和c的計(jì)算公式如下：α計(jì)算公式是根據(jù)電路圖的相量模型和相量圖得到的。式中，ω＝100π，L與C分別是LC低通濾波器的電感和電容值，UES是ES輸出電壓有效值，R2是非暫降敏感型負(fù)載阻值。步驟三：將調(diào)制波與等腰三角形載波進(jìn)行比較，作為單相電壓源形逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，仿真中的調(diào)制方式采用的是等腰三角形載波移相的SPWM技術(shù)(CPS-SPWM)，其具體調(diào)制策略如圖3所示。圖4為發(fā)生單相電壓暫降(0.04s～0.10s)時(shí)，不接電力彈簧時(shí)暫降敏感型負(fù)載端電壓仿真波形圖。圖5為發(fā)生單相電壓暫降(0.04s～0.10s)時(shí)，接入電力彈簧后暫降敏感型負(fù)載端電壓仿真波形圖。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3