筑基式直流電壓控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種筑基式直流電壓控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括多個(gè)依次串聯(lián)的功率單元、反饋模塊、比較模塊、PWM輸出控制模塊和用于為多個(gè)功率單元提供直流電壓檢測和采樣控制基準(zhǔn)單元；基準(zhǔn)單元的輸入端通過整流裝置連接外部電源，基準(zhǔn)單元與最后一個(gè)功率單元串聯(lián)，第一個(gè)功率單元連接內(nèi)部電源，多個(gè)功率單元分別通過反饋模塊連接比較模塊，基準(zhǔn)單元的輸出端連接比較模塊，比較模塊通過PWM輸出控制模塊分別連接多個(gè)功率單元。本發(fā)明能夠防止SVG各功率單元直流電壓的大幅波動，避免直流電壓過高引起的系統(tǒng)調(diào)節(jié)震蕩、直流電壓超標(biāo)而跳機(jī)的問題，使SVG裝置的運(yùn)行更加安全可靠。
【專利說明】筑基式直流電壓控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及一種筑基式直流電壓控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中壓靜止型動態(tài)同步補(bǔ)償裝置，簡稱SVG，以其能夠快速響應(yīng)信號變化、能夠吸收和發(fā)出無功功率進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)、占地面積小及調(diào)節(jié)特性不受電網(wǎng)電壓的影響等諸多的優(yōu)勢，在21世紀(jì)的電能質(zhì)量治理技術(shù)中，成為無可爭辯的核心產(chǎn)品，而得到了長足的發(fā)展，并成為電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，該技術(shù)在鋼鐵、有色、礦山、電氣化鐵路、風(fēng)電等領(lǐng)域也有極大的運(yùn)用前景。目前，該產(chǎn)品及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本原理是在穩(wěn)定的直流電壓前提下，通過間接控制法來控制SVG裝置發(fā)出或吸收的無功功率的大小，以實(shí)現(xiàn)自動控制無功功率的目的。因此，直流電壓的穩(wěn)定將是其中能否實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的關(guān)鍵影響因素之一。目前市面上，對于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的SVG的直流電壓穩(wěn)定控制方法主要有兩種。
[0003]第一種是能量泄壓法:即在監(jiān)測系統(tǒng)檢測到某一功率單元上的直流電壓超過設(shè)定值后，立即觸發(fā)并聯(lián)在功率單元的電解電容之上的放電回路，將電解電容的能量進(jìn)行泄放，使電解電容兩端的電壓下降到設(shè)定值以下，然后再停止出發(fā)，使放電回路停止工作，以此來實(shí)現(xiàn)對線直流電壓的控制。這種控制方法存在的問題:1)每個(gè)單元對直流電壓的采樣值是一個(gè)動態(tài)波動值，會隨著對負(fù)荷的調(diào)節(jié)而波動，如此所得之值與目標(biāo)控制值之間的調(diào)節(jié)，不是根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)的整體進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，而是依靠放電回路對能量的泄放來逐步靠近目標(biāo)值。這樣對放電回路的時(shí)間常數(shù)就因不同性質(zhì)的負(fù)載而有所不同，選用同一種的放電時(shí)間常數(shù)來適應(yīng)各類負(fù)荷，必然造成調(diào)節(jié)滯后，直流電壓大幅波動，而使控制效果下降。2)是在直流電壓低于下限值時(shí)放電回路無法解決控制問題，使裝置的控制效果下降。
[0004]第二種是直流電壓反饋控制法:即通過監(jiān)測系統(tǒng)檢測到某一功率單元的直流電壓超過設(shè)定的上限或低于設(shè)定的下限值時(shí)，計(jì)算出正或負(fù)誤差值后，送入相應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)中，對該單元控制的調(diào)制比進(jìn)行微調(diào)后，來調(diào)整該單元的能量輸出關(guān)系而逐步穩(wěn)定直流電壓在波動的范圍內(nèi)。這種反饋存在的主要問題:1)調(diào)節(jié)的幅度范圍小，對較大波動范圍的負(fù)荷導(dǎo)致的直流電壓波動的調(diào)節(jié)穩(wěn)定能力有限，且嚴(yán)重時(shí)仍不能使直流電壓穩(wěn)定在設(shè)定值范圍而可能導(dǎo)致直流過壓而跳機(jī)。2)檢測到的直流電壓的波動范圍一直是隨系統(tǒng)電壓和負(fù)荷波動而波動的，使直流參數(shù)電壓值也是相對在波動狀態(tài)，沒有一個(gè)基準(zhǔn)的直流電壓參數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)控制，從而導(dǎo)致控制的直流電壓仍然可能升高不能穩(wěn)定而過壓跳機(jī)，影響了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0005]綜合上述的描述，市面上急需一種新型的直流電壓控制方法來解決上述的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種筑基式直流電壓控制系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)能夠防止SVG各功率單元的直流電壓大幅波動，避免直流電壓過高引起的系統(tǒng)調(diào)節(jié)震蕩或直流電壓超標(biāo)而跳機(jī)的現(xiàn)象，使SVG裝置運(yùn)行更加安全可靠。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，包括多個(gè)依次串聯(lián)的功率單元、反饋模塊、比較模塊、PWM輸出控制模塊和用于為多個(gè)功率單元提供直流電壓檢測和采樣控制基準(zhǔn)單元；所述基準(zhǔn)單元的輸入端通過整流裝置連接外部電源，所述基準(zhǔn)單元與最后一個(gè)功率單元串聯(lián)，第一個(gè)功率單元連接內(nèi)部電源，所述多個(gè)功率單元分別通過反饋模塊連接比較模塊，所述基準(zhǔn)單元的輸出端連接比較模塊，所述比較模塊通過PWM輸出控制模塊分別連接多個(gè)功率單元。
[0008]其中，所述基準(zhǔn)單元內(nèi)部電解電容的正極和負(fù)極均通過電力電纜與整流裝置的輸出端連接，所述整流裝置的輸入端連接外部電源。
[0009]其中，所述電力電纜的絕緣等級為10KV。
[0010]其中，所述整流裝置為整流器或穩(wěn)壓管。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種筑基式直流電壓控制方法，包括以下步驟:
[0012]步驟A:基準(zhǔn)單元采樣直流電壓，且作為各個(gè)功率單元的參考直流電壓并送至比較模塊；
[0013]步驟B:反饋模塊采集多個(gè)功率單元的工作直流電壓，并送至比較模塊；
[0014]步驟C:各個(gè)功率單元的工作直流電壓與參考直流電壓在比較模塊上進(jìn)行比較，并得到各個(gè)功率單元工作直流電壓的誤差值；
[0015]步驟D:將比較模塊上的各個(gè)誤差值送至PWM輸出控制模塊，且由PWM輸出控制模塊來調(diào)節(jié)輸出信號的調(diào)制比；
[0016]步驟E:PWM輸出控制模塊將調(diào)制比輸出到各個(gè)功率單元，并控制輸出能量的變化，使得各個(gè)功率單元的直流電壓趨向于參考直流電壓值。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)和方法，具有以下有益效果:
[0018]I)本發(fā)明中，多個(gè)功率單元依次串聯(lián)，基準(zhǔn)單元與最后一個(gè)功率單元串聯(lián)，形成了筑基式控制結(jié)構(gòu)，而基準(zhǔn)單元用于為多個(gè)功率單元提供直流電壓檢測和采樣控制，無需另外設(shè)置直流電壓控制裝置，不僅結(jié)構(gòu)簡單、效果明顯，而且體積大大減小。
[0019]2)通過將原有結(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)功率單元作為基準(zhǔn)單元，用外部電源對其進(jìn)行充電，使其充電到設(shè)計(jì)的參考直流電壓，使其采樣值是一個(gè)靜態(tài)值，有效防止各功率單元中直流電壓的大幅度波動，有效避免了現(xiàn)有控制方法中采樣值是一個(gè)動態(tài)波動值，隨著對負(fù)荷的調(diào)節(jié)而波動而致調(diào)節(jié)滯后，直流電壓大幅波動而使控制效果下降的問題。
[0020]3)本發(fā)明中是由參考直流電壓與各功率單元工作直流電壓在比較模塊上進(jìn)行比較，將比較模塊上的各個(gè)誤差值送至PWM輸出控制模塊，且由PWM輸出控制模塊來調(diào)節(jié)輸出信號的調(diào)制比；最終使得多個(gè)功率單元中的直流電壓趨向于參考直流電壓。該控制過程能保證各個(gè)功率單元都有一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用電壓反饋控制法，因其調(diào)節(jié)的幅度范圍小且直流電壓的波動范圍一直是隨系統(tǒng)電壓和負(fù)荷波動而波動的而致系統(tǒng)過壓跳機(jī)的問題。
[0021]4)該系統(tǒng)及方法能夠防止SVG各功率單元直流電壓的大幅波動，避免直流電壓過高引起的系統(tǒng)調(diào)節(jié)震蕩、直流電壓超標(biāo)而跳機(jī)的問題，使SVG裝置的運(yùn)行更加安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1為本發(fā)明的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)的方框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的筑基式直流電壓控制方法的步驟流程圖。
[0024]主要元件符號說明如下:
[0025]10、功率單元 11、反饋模塊
[0026]12、比較模塊 13、PWM輸出控制模塊
[0027]14、基準(zhǔn)單元 15、整流裝置
[0028]16、內(nèi)部電源 17、外部電源
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0030]請參閱圖1，本發(fā)明的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，包括多個(gè)依次串聯(lián)的功率單元
10、反饋模塊11、比較模塊12、PWM輸出控制模塊13和用于為多個(gè)功率單元10提供直流電壓檢測和采樣控制基準(zhǔn)單元14 ;基準(zhǔn)單元14的輸入端通過整流裝置15連接外部電源17，基準(zhǔn)單元14與最后一個(gè)功率單元10串聯(lián)，第一個(gè)功率單元10連接內(nèi)部電源16，多個(gè)功率單元10分別通過反饋模塊11連接比較模塊12，基準(zhǔn)單元14的輸出端連接比較模塊12，比較模塊12通過PWM輸出控制模塊13分別連接多個(gè)功率單元10。
[0031]在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)單元14內(nèi)部電解電容的正極和負(fù)極均通過電力電纜與整流裝置15的輸出端連接，整流裝置15的輸入端連接外部電源。該基準(zhǔn)單元14還包括四個(gè)橋式分布的IGBT、層疊母線和兩個(gè)輸出銅排；層疊母線的正極和負(fù)極的一端分別對應(yīng)連接電解電容器的正極和負(fù)極，且層疊母線的正極的另一端分別連接第一 IGBT和第三IGBT的C極，層疊母線的負(fù)極的另一端分別連接第二 IGBT和第四IGBT的E極，第一輸出銅排分別與第一 IGBT和第二 IGBT的E極及C極相連并引出，第二輸出銅排2分別與第三IGBT和第四IGBT的E極及C極相連并引出。
[0032]在本實(shí)施例中，電力電纜的絕緣等級為10KV，以滿足對地絕緣和給電容器充電的要求。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于電力電纜的絕緣等級，若是對電力電纜的絕緣等級的改變，只要在IOKV左右，那么也可以理解為是對本發(fā)明的簡單變形或變換，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]在本實(shí)施例中，整流裝置15為整流器或穩(wěn)壓管，當(dāng)然，還可以是其他類型的整流裝置15，若是對整流裝置15類型的改變，那么也可以理解為是對本發(fā)明的簡單變形或變換，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]請進(jìn)一步參閱圖2，本發(fā)明的筑基式直流電壓控制方法，當(dāng)SVG與系統(tǒng)并網(wǎng)空載情況下，每個(gè)功率單元10直流電壓受基準(zhǔn)單元14的直流電壓所控制，其包括以下步驟:
[0035]步驟S1:基準(zhǔn)單元采樣直流電壓，且作為各個(gè)功率單元的參考直流電壓并送至比較模塊；步驟S2:反饋模塊采集多個(gè)功率單元的工作直流電壓，并送至比較模塊；步驟S3:各個(gè)功率單元的工作直流電壓與參考直流電壓在比較模塊上進(jìn)行比較，并得到各個(gè)功率單元工作直流電壓的誤差值；步驟S4:將比較模塊上的各個(gè)誤差值送至PWM輸出控制模塊，且由PWM輸出控制模塊來調(diào)節(jié)輸出信號的調(diào)制比；步驟S5:PWM輸出控制模塊將調(diào)制比輸出到各個(gè)功率單元，并控制輸出能量的變化，使得各個(gè)功率單元的直流電壓趨向于參考直流電壓值。[0036]本發(fā)明中，系統(tǒng)中基準(zhǔn)單元14與功率單元10，從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上與基本功率單元相類似，即相當(dāng)于將原有鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)功率單元作為該基準(zhǔn)單元14。本發(fā)明中基準(zhǔn)單元14與功率單元10所不同的是對直流電壓的獲得上有所不同，功率單元10的直流電壓獲得和建立，是通過控制和調(diào)制技術(shù)，采用內(nèi)取能方式從系統(tǒng)獲得存儲的能量并建立直流電壓，而基準(zhǔn)單元14的直流電壓建立，是通過外部公用直流工作電源進(jìn)行充電，使其充電到設(shè)計(jì)的參數(shù)值指標(biāo)來建立的。
[0037]本發(fā)明提供的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)及方法，具有以下優(yōu)勢:
[0038]I)本發(fā)明中，多個(gè)功率單元10依次串聯(lián)，基準(zhǔn)單元14與最后一個(gè)功率單元10串聯(lián)，形成了筑基式控制結(jié)構(gòu)，而基準(zhǔn)單元14用于為多個(gè)功率單元10提供直流電壓檢測和采樣控制，無需另外設(shè)置直流電壓控制裝置，不僅結(jié)構(gòu)簡單、效果明顯，而且體積大大減小。
[0039]2)通過將原有結(jié)構(gòu)中的最后一個(gè)功率單元作為基準(zhǔn)單元14，且用外部電源17對其進(jìn)行充電，使其充電到設(shè)計(jì)的參考直流電壓，使其采樣值是一個(gè)靜態(tài)值，有效防止各功率單元10中直流電壓的大幅度波動，有效避免了現(xiàn)有控制方法中采樣值是一個(gè)動態(tài)波動值，隨著對負(fù)荷的調(diào)節(jié)而波動而致調(diào)節(jié)滯后，直流電壓大幅波動而使控制效果下降的問題。
[0040]3)本發(fā)明中是由參考直流電壓與各功率單元10工作直流電壓在比較模塊12上進(jìn)行比較，將比較模塊12上的各個(gè)誤差值送至PWM輸出控制模塊13，且由PWM輸出控制模塊13來調(diào)節(jié)輸出信號的調(diào)制比；最終使得多個(gè)功率單元10中的直流電壓趨向于參考直流電壓。該控制過程能保證各個(gè)功率單元都有一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用電壓反饋控制法，因其調(diào)節(jié)的幅度范圍小且直流電壓的波動范圍一直是隨系統(tǒng)電壓和負(fù)荷波動而波動的而致系統(tǒng)過壓跳機(jī)的問題。
[0041]4)該系統(tǒng)及方法能夠防止SVG各功率單元直流電壓的大幅波動，避免直流電壓過高引起的系統(tǒng)調(diào)節(jié)震蕩、直流電壓超標(biāo)而跳機(jī)的問題，使SVG裝置的運(yùn)行更加安全可靠。
[0042]以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)依次串聯(lián)的功率單元、反饋模塊、比較模塊、PWM輸出控制模塊和用于為多個(gè)功率單元提供直流電壓檢測和采樣控制基準(zhǔn)單元；所述基準(zhǔn)單元的輸入端通過整流裝置連接外部電源，所述基準(zhǔn)單元與最后一個(gè)功率單元串聯(lián)，第一個(gè)功率單元連接內(nèi)部電源，所述多個(gè)功率單元分別通過反饋模塊連接比較模塊，所述基準(zhǔn)單元的輸出端連接比較模塊，所述比較模塊通過PWM輸出控制模塊分別連接多個(gè)功率單兀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)單元內(nèi)部電解電容的正極和負(fù)極均通過電力電纜與整流裝置的輸出端連接，所述整流裝置的輸入端連接外部電源。
3.根據(jù)權(quán)利要2所述的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電纜的絕緣等級為10KV。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的筑基式直流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述整流裝置為整流器或穩(wěn)壓管。
5.一種筑基式直流電壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A:基準(zhǔn)單元采樣直流電壓，且作為各個(gè)功率單元的參考直流電壓并送至比較模塊； 步驟B:反饋模塊采集多個(gè)功率單元的工作直流電壓，并送至比較模塊； 步驟C:各個(gè)功率單元的工作直流電壓與參考直流電壓在比較模塊上進(jìn)行比較，并得到各個(gè)功率單元工作直流電壓的誤差值； 步驟D:將比較模塊上的各個(gè)誤差值送至PWM輸出控制模塊，且由PWM輸出控制模塊來調(diào)節(jié)輸出信號的調(diào)制比； 步驟E:PWM輸出控制模塊將調(diào)制比輸出到各個(gè)功率單元，并控制輸出能量的變化，使得各個(gè)功率單元的直流電壓趨向于參考直流電壓值。
【文檔編號】H02J3/18GK103515966SQ201310367423
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】李儉華 申請人:安徽國科電力設(shè)備有限公司