一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法與流程

本發明涉及直流配電領域，特別涉及一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法。

背景技術：

近年來，直流配電技術快速發展，直流供電展現出巨大的優越性。但是由于當前直流配電理論和技術的不成熟，使得新型直流配電網易出現電壓波動的質量問題，具體包括過電壓、電壓驟升、電壓暫降和電壓跌落等，嚴重影響直流用電設備的正常工作，而目前對直流電能質量治理設備的研究較少，缺少專門的直流電能質量問題治理設備。

技術實現要素：

本發明目的是為了恢復直流配電系統中的電壓波動，保證了直流配電系統的直流電能的質量，提供一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置，所述恢復裝置串聯于直流配電系統和負載之間，所述恢復裝置包括儲能裝置、逆變電路、雙向整流電路和控制器；

所述儲能裝置的輸出端與所述逆變電路的輸入端連接，用于將直流補償電壓輸入至所述逆變電路中；

所述逆變電路的輸出端與所述雙向整流電路的輸入端連接，用將所述直流補償電壓轉換成占空比可調的交流電壓，并將所述交流電壓輸入至所述雙向整流電路中；

所述雙向整流電路的輸出端串聯于所述直流配電系統和所述負載之間；用于將所述交流電壓轉換成方向可調的直流電壓，并將所述直流電壓輸出給所述直流配電系統，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動；

所述控制器與所述逆變電路的控制端連接，用于控制所述逆變電路的輸出交流電壓并控制所述逆變電路的輸出交流電壓的占空比，所述控制器還與所述雙向整流電路的控制端連接，用于控制所述雙向整流電路輸出直流電壓的方向。

可選的，所述恢復裝置還包括電壓采集裝置，所述電壓采集裝置的輸入端與所述負載并聯，所述電壓采集裝置的信號輸出端與所述控制器連接，用于采集所述直流配電系統輸出的負載電壓，并將所述負載電壓輸入給所述控制器；

所述控制器還用于根據所述負載電壓確定所述負載電壓波動的大小和方向，并根據電壓波動的大小控制所述逆變電路輸出交流電壓的占空比，以調整所述逆變電路輸出交流電壓的有效值的大小，并根據電壓波動的方向控制所述雙向整流電路改變雙向整流電路輸出直流電壓的方向。

可選的，所述恢復裝置還包括變壓器，所述變壓器設置于所述逆變電路和所述雙向整流電路之間，用于對所述逆變電路輸出的交流電壓進行升壓，并將升壓后的交流電壓輸入至所述雙向整流電路。

可選的，所述恢復裝置還包括濾波電路，所述濾波電路設置于所述逆變電路與所述變壓器之間，用于對所述逆變電路輸出的電壓進行濾波，并將濾波后的交流電壓輸入至所述變壓器。

可選的，所述雙向整流電路包括全橋整流電路和方向改變電路；

所述全橋整流電路的輸入端與所述變壓器的輸出端連接，所述全橋整流電路的輸出端與所述方向改變電路的輸入端連接，用于將所述變壓器輸出的交流電變換成直流電壓，并將所述直流電壓輸入至所述方向改變電路；

所述方向改變電路的輸出端串聯于所述直流配電系統和所述負載之間，所述方向改變電路的控制端與所述控制器連接，用于在所述控制器的控制下改變所述直流電壓的方向，并將改變方向的直流電壓輸入至所述直流配電系統的輸出端，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動。

可選的，所述方向改變電路為由第一全控型半導體器件、第二全控型半導體器件、第三全控型半導體器件、第四全控型半導體器件組成的全橋逆變電路，其中，第一全控型半導體器件和第二全控型半導體器件組成第一橋臂，第一全控型半導體器件為第一橋臂的上橋臂、第二全控型半導體器件為第一橋臂的下橋臂，第三全控型半導體器件和第四全控型半導體器件組成第二橋臂，第三全控型半導體器件為第二橋臂的上橋臂、第四全控型半導體器件為第二橋臂的下橋臂，所述第一全控型半導體器件和所述第四全控型半導體器件導通，所述第二全控型半導體器件和所述第三全控型半導體器件截止時，所述方向改變電路輸出直流電壓的方向為正，所述第二全控型半導體器件和所述第三全控型半導體器件導通，所述第一全控型半導體器件和所述第四全控型半導體器件截止時，所述方向改變電路輸出直流電壓的方向為負。

一種直流配電系統的電壓波動恢復方法，所述恢復方法應用于所述恢復裝置，包括如下步驟：

儲能裝置提供直流補償電壓；

逆變電路在控制器的控制下，將所述直流補償電壓轉換成設定占空比的交流電壓；

雙向整流電路在所述控制器的控制下，將所述交流電壓轉換成方向可調的直流電壓，并將所述直流電壓輸入所述直流配電系統的輸出端，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動。

可選的，在逆變電路在控制器的控制下，將所述直流補償電壓轉換成設定占空比的交流電壓之前，所述恢復方法還包括如下步驟：

電壓采集裝置采集所述直流配電系統輸出的負載電壓；

所述控制器將所述負載電壓與額定電壓值比較，確定所述負載電壓波動的方向和大小；

所述控制器根據負載電壓波動的大小計算所述逆變電路輸出交流電壓的占空比；

所述控制器根據負載電壓波動的方向確定所述雙向整流電路輸出直流電壓的方向。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

本發明公開了一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法，所述恢復裝置具體包括儲能裝置、逆變電路、雙向整流電路和控制器；通過所述逆變電路將儲能裝置提供的直流補償電壓轉換成占空比可調的交流電壓，通過雙向整流電路將逆變電路輸出的交流電壓轉成方向可變的直流電壓，進而通過調節交流電壓的占空比調節恢復裝置輸出電壓的大小，通過改變雙向整流電路輸出直流電壓的方向改變恢復裝置輸出電壓的方向，本發明的恢復裝置可為直流配電系統提供大小和方向可調的直流電壓以恢復直流配電系統中的電壓波動，保證了直流配電系統提供的直流電能的質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例中所需要的附圖作簡單介紹。顯而易見，下面描述的附圖僅僅是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這個附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明提供的一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置的電路結構圖；

圖2為本發明提供的一種直流配電系統的電壓波動恢復方法的流程圖；

圖3為本發明提供的一種直流配電系統的電壓波動恢復方法的控制輸出直流電壓的方向的流程圖；

圖4為本發明提供的一種直流配電系統的電壓波動恢復方法的電壓波形圖；

其中，1為儲能裝置，2為逆變電路，3為濾波電路，4為變壓器，5為雙向整流電路，6為控制器，7為電壓采集裝置，圖a為模擬直流配電系統輸出電壓的波形圖，圖b為恢復裝置輸出電壓的波形圖，圖c為調整后的負載電壓的波形圖。

具體實施方式

本發明目的是提供一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法，以恢復直流配電系統中的電壓波動，保證直流配電系統的直流電能的質量。

為使本發明上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本技術發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明提供了一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置，所述恢復裝置串聯于直流配電系統和負載之間，所述恢復裝置包括儲能裝置1、逆變電路2、雙向整流電路5和控制器6；

所述儲能裝置1的輸出端與所述逆變電路2的輸入端連接，用于將直流補償電壓輸入至所述逆變電路中；

所述逆變電路2的輸出端與所述雙向整流電路5的輸入端連接，用將所述直流補償電壓轉換成占空比可調的交流電壓，并將所述交流電壓輸入至所述雙向整流電路5中；

所述雙向整流電路5的輸出端串聯于所述直流配電系統和所述負載之間；用于將所述交流電壓轉換成方向可調的直流電壓，并將所述直流電壓輸出給所述直流配電系統，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動；

所述控制器6與所述逆變電路的控制端連接，用于控制所述逆變電路2的輸出交流電壓并控制所述逆變電路2的輸出交流電壓的占空比，所述控制器6還與所述雙向整流電路的控制端連接，用于控制所述雙向整流電路輸出直流電壓的方向。

可選的，所述恢復裝置還包括電壓采集裝置7，所述電壓采集裝置7的輸入端與所述負載并聯，所述電壓采集裝置7的信號輸出端與所述控制器6連接，用于采集所述直流配電系統輸出的負載電壓，并將所述負載電壓輸入給所述控制器6；

所述控制器6還用于根據所述負載電壓確定所述負載電壓波動的大小和方向，并根據電壓波動的大小控制所述逆變電路2輸出交流電壓的占空比，以調整所述逆變電路輸出交流電壓的有效值的大小，并根據電壓波動的方向控制所述雙向整流電路5改變雙向整流電路5輸出直流電壓的方向。

可選的，所述恢復裝置還包括變壓器4，所述變壓器4設置于所述逆變電路2和所述雙向整流電路5之間，用于對所述逆變電路2輸出的交流電壓進行升壓，并將升壓后的交流電壓輸入至所述雙向整流電路4。

可選的，所述恢復裝置還包括濾波電路3，所述濾波電路3設置于所述逆變電路2與所述變壓器4之間，用于對所述逆變電路2輸出的電壓進行濾波，并將濾波后的交流電壓輸入至所述變壓器4。

可選的，所述雙向整流電路包括全橋整流電路51和方向改變電路52；

所述全橋整流電路51的輸入端與所述變壓器4的輸出端連接，所述全橋整流電路51的輸出端與所述方向改變電路52的輸入端連接，用于將所述變壓器4輸出的交流電變換成直流電壓，并將所述直流電壓輸入至所述方向改變電路52；所述全橋整流電路51由四個全控型半導體器件組成，所述全控型半導體器件為igbt或mosfet；

具體的，所述全橋整流電路51還可以更換為二極管全橋整流電路，用于高頻全橋整流；

所述方向改變電路52的輸出端串聯于所述直流配電系統和所述負載之間，所述方向改變電路52的控制端與所述控制器6連接，用于在所述控制器6的控制下改變所述直流電壓的方向，并將改變方向的直流電壓輸入至所述直流配電系統的輸出端，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動。

可選的，所述方向改變電路52為由第一全控型半導體器件、第二全控型半導體器件、第三全控型半導體器件、第四全控型半導體器件組成的全橋逆變電路，其中，第一全控型半導體器件和第二全控型半導體器件組成第一橋臂，第一全控型半導體器件為第一橋臂的上橋臂、第二全控型半導體器件為第一橋臂的下橋臂，第三全控型半導體器件和第四全控型半導體器件組成第二橋臂，第三全控型半導體器件為第二橋臂的上橋臂、第四全控型半導體器件為第二橋臂的下橋臂，所述第一全控型半導體器件和所述第四全控型半導體器件導通，所述第二全控型半導體器件和所述第三全控型半導體器件截止時，所述方向改變電路輸出直流電壓的方向為正，所述第二全控型半導體器件和所述第三全控型半導體器件導通，所述第一全控型半導體器件和所述第四全控型半導體器件截止時，所述方向改變電路輸出直流電壓的方向為負。所述全控型半導體器件為igbt或mosfet。

本發明還提供了一種直流配電系統的電壓波動恢復方法，如圖2所示，作為一種實施方式，所述恢復方法應用于所述恢復裝置，包括如下步驟：

步驟201儲能裝置提供直流補償電壓；

步驟202逆變電路在控制器的控制下，將所述直流補償電壓轉換成設定占空比的交流電壓；

步驟203雙向整流電路在所述控制器的控制下，將所述交流電壓轉換成方向可調的直流電壓，并將所述直流電壓輸入所述直流配電系統的輸出端，以恢復所述直流配電系統輸出電壓的波動。

可選的，步驟202所述在逆變電路在控制器的控制下，將所述直流補償電壓轉換成設定占空比的交流電壓之前，所述恢復方法還包括如下步驟：

電壓采集裝置采集所述直流配電系統輸出的負載電壓；

所述控制器將所述負載電壓與額定電壓值比較，確定所述負載電壓波動的方向和大小；

所述控制器根據負載電壓波動的大小計算所述逆變電路輸出交流電壓的占空比；

所述控制器根據負載電壓波動的方向確定所述雙向整流電路輸出直流電壓的方向。

如圖3所示，所述控制器根據負載電壓波動的方向確定所述雙向整流電路輸出直流電壓的方向的具體步驟包括：

步驟301電壓采集裝置采集所述直流配電系統輸出的負載電壓uo；

步驟302控制器根據負載電壓uo與額定電壓比較，通過判斷負載電壓是否小于額定電壓且所述負載電壓和額定電壓的差值超過第一設定值，來判斷負載電壓是否跌落，得到第一判斷結果；若第一判斷結果為是，則執行步驟304，若第一判斷結果為否，則執行步驟303；所述第一設定值為5％；

步驟303控制器根據負載電壓uo與額定電壓比較，通過判斷負載電壓是否大于額定電壓且所述負載電壓和額定電壓的差值超過第二設定值，得到第二判斷結果；若第二判斷結果為是，則執行步驟305，若第二判斷結果為否，則返回步驟301；所述第二設定值為5％；

步驟304所述控制器控制雙向整流電路的第一全控型半導體器件和第四全控型半導體器件導通，第二全控型半導體器件和第三全控型半導體器件截止，使所述雙向整流電路輸出正的恢復電壓；

步驟305所述控制器控制雙向整流電路的第二全控型半導體器件和所述第三全控型半導體器件導通，所述第一全控型半導體器件和所述第四全控型半導體器件截止，使所述雙向整流電路輸出負的恢復電壓。

如圖4所示，圖a為模擬直流配電系統輸出電壓的波形圖，模擬直流配電系統出現電壓跌落和過電壓故障現象，在0.1s時發生跌落，跌落深度為60％(300v)，跌落時間持續300ms，在0.6s時出現過電壓40％(200v),持續時間300ms；圖b為恢復裝置輸出電壓的波形圖，恢復裝置啟動的設定閾值為系統額定電壓的5％，即直流配電系統電壓幅值跌落或過電壓超過25v時啟動，在0.1s時輸出正電壓，幅值為300v，持續時間為300ms，在0.6s時輸出負電壓，幅值為200v，持續時間300ms；圖c為調整后的負載電壓的波形圖，可見負載電壓穩定，本發明提供的裝置和方法電壓輸出穩定，響應速度快，完整的實現了電壓補償和抑制功能。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

本發明公開了一種直流配電系統的電壓波動恢復裝置和恢復方法，所述恢復裝置具體包括儲能裝置、逆變電路、雙向整流電路和控制器；通過所述逆變電路將儲能裝置提供的直流補償電壓轉換成占空比可調的交流電壓，通過雙向整流電路將逆變電路輸出的交流電壓轉成方向可變的直流電壓，進而通過調節交流電壓的占空比調節恢復裝置輸出電壓的大小，通過改變雙向整流電路輸出直流電壓的方向改變恢復裝置輸出電壓的方向，本發明的恢復裝置可為直流配電系統提供大小和方向可調的直流電壓以恢復直流配電系統中的電壓波動，保證了直流配電系統提供的直流電能的質量。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用具體個例對技術原理、實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是為了幫助理解本發明技術方法及核心思想，描述的實施例僅僅是本發明的個例，不是全部實施例。基于本發明實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護范圍。