基于无功补偿的电压暂降治理方法、系统及介质

技术领域

本发明属于电压暂降治理的技术领域，具体涉及一种基于无功补偿的电压暂降治理方法、系统及介质。

背景技术

随着信息化时代的到来，越来越多的精密用电设备投入到电网中，这些精密设备很难在较大的电压变化范围内正常工作，因此抑制负载供电电压跌落尤为重要。一种抑制电压跌落的措施是在负载侧加装补偿设备，而在负载侧串联动态电压恢复器(DVR)是目前最常用的补偿措施之一，但是存在的问题就是当串联DVR本身出现故障时，系统将完全不能工作。

基于此问题，现有技术采用图1所示的并联动态电压补偿器来抑制供电电压跌落，成为了目前最为有效的治理方法之一。图1中的快速开关模块sts可以配置为具有低导通电阻的接触器，有效地降低稳态工作时的线路损耗，提高系统运行效率；但由于接触器的切换速度较慢，当供电网络出现大幅度的电压变化时，无法快速切换至储能系统供电，影响精密仪器的正常工作。因此为了提高动态电压暂降治理速度，sts配置为双向晶闸管模块。但在实际应用中，为了提高系统电压暂降治理速度，需要控制逆变器的输出电压从而使晶闸管在驱动信号关断后承受一段时间的反压可靠关断。但是传统的控制方法需要实时采取电压电流，判断电压电流的方向而后生成逆变器输出电压参考信号，但若电压暂降时刻发生在电流或者电压过零点或者是电压电流出现干扰，就会出现判断错误从而使得某一相的晶闸管只能过零关断，影响切换速度，且此过程对主控板的计算能力要求较高。除此之外，传统控制方法中的单相电压参考信号会随着暂降时刻的变化而变化，从而使得三相电压参考信号往往不对称，且不对称幅度较大，需要进行正负序分离，存在控制延时、控制复杂的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无功补偿的电压暂降治理方法、系统及介质，本发明通过构建电压暂降治理电路，让储能并网逆变器稳态时工作于无功补偿模式，在发生电压暂降时，快速切换为离网模式，给交流负载提供电压支撑保证了交流负载的正常工作，降低了线路损耗，提高了运行效率，同时响应速度快，控制简单易实现。

为了达到上述目的，本发明第一方面提供了一种基于无功补偿的电压暂降治理方法，包括下述步骤：

构建电压暂降治理电路，并与交流负载并联经过快速切换晶闸管模块接入三相交流电网中；所述电压暂降治理电路包括公共直流母线电容、储能并网逆变器及并网滤波器；所述公共直流母线电容与储能模块进行连接；

对三相交流电网的电压信号进行检测，获取电网电压的暂降幅度，判断电网电压是否发生电压暂降；

若电网电压未发生电压暂降，则给定快速切换晶闸管模块驱动信号，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，继续检测三相交流电网的电压信号；

若电网电压发生电压暂降，则封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，检测三相交流电网电流信号，判断发生电流反向的相别，生成电压暂降治理参考信号；

根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，生成正负序电压参考值信号，判断三相电流是否为零；

若三相电流为零，则使储能并网逆变器工作于离网运行模式，给交流负载提供电压支撑；若三相电流不为零，则继续检测三相交流电网的电流信号；

储能并网逆变器处于离网运行模式时，检测三相交流电网电压是否恢复，若恢复则继续检测三相交流电网的电压信号；否则储能并网逆变器继续在离网运行模式下工作。

作为优选的技术方案，所述快速切换晶闸管模块设置为三相反并联晶闸管模块；所述储能并网逆变器PCS由开关管S

所述电容C

作为优选的技术方案，当电网电压的暂降幅度未超过设定暂降阈值时，即电网电压正常工作时，给定快速切换晶闸管模块驱动信号，使储能并网逆变器PCS切除电压控制外环，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，三相交流电网的输出功率因数为1，使交流负载由三相交流电网进行支撑。

作为优选的技术方案，当电网电压的暂降幅度超过设定暂降阈值时，即电网电压发生电压暂降时，封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，并增设储能并网逆变器电压控制外环，分别对三相交流电网的电流信号进行检测，判断发生电流反向的相，生成电压暂降治理参考信号。

作为优选的技术方案，所述生成电压暂降治理参考信号，具体为：

分别对三相交流电网中A、B、C相的电流信号进行检测，判断每一相的电流是否发生反向；

假定三相交流电网中某相的快速切换晶闸管模块中的晶闸管开通，若该相的电流未发生反向，则证明该相的电压暂降幅度较小，残压较高，此时控制该相上储能并网逆变器的输出电压有效参考值大于该相残压有效值，生成该相电压暂降治理参考信号；

若该相的电流发生反向，则证明该相的电压暂降幅度较大，残压较高，该相上开通的晶闸管关断，反并联的晶闸管导通，此时控制该相上储能并网逆变器的输出电压有效参考值小于该相残压有效值，生成该相电压暂降治理参考信号。

作为优选的技术方案，所述根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，具体为：

对生成的电压暂降治理参考信号进行正负序分离，得到正序控制环下的d轴电压参考值、q轴电压参考值以及负序控制环下的d轴电压参考值、q轴电压参考值，随后给到储能并网逆变器进行正负序分离控制，控制该相开通的晶闸管在驱动信号封锁之后均可承受一段时间的反压，使晶闸管可靠关断。

作为优选的技术方案，所述判断三相电流是否为零，具体为：

当生成正负序电压参考值信号后，控制储能并网逆变器开始输出，并检测交流电网侧的电流信号，若交流电网侧的电流不为零，则储能并网逆变器输出的电压参考值信号不变，直至交流电网侧的电流为零，完成离网切换，使储能并网逆变器工作于离网运行模式，改变储能并网逆变器的电压控制外环参考值，使储能并网逆变器输出有效值为220V的标准正弦波，且其相位与正负序电压参考值信号中正序控制环下电压分量同相，提供交流负载电压支撑；

所述电压分量为d轴电压和q轴电压。

作为优选的技术方案，所述储能并网逆变器工作于离网运行模式时，继续采集三相交流电网的电压信号，若电网电压未恢复到设定暂降阈值之上，则储能并网逆变器仍工作于离网运行模式，负责交流负载的电压支撑；若检测到三相交流电网的电网电压恢复至暂降阈值之上时，重新给定快速切换晶闸管模块驱动信号，储能并网逆变器直接并网，并断开储能并网逆变器的电压控制外环，给定储能并网逆变器的正序电流控制内环参考值，使储能并网逆变器工作于无功补偿工作模式，重新检测三相交流电网的电压信号。

第二方面在于提供一种基于无功补偿的电压暂降治理系统，应用于上述的基于无功补偿的电压暂降治理方法，包括电路构建模块、电压检测模块、电流检测模块、电流控制模块及电路复位模块；

所述电路构建模块用于构建电压暂降治理电路，并与交流负载并联经过快速切换晶闸管模块接入三相交流电网中；所述电压暂降治理电路包括公共直流母线电容、储能并网逆变器及并网滤波器；所述公共直流母线电容与储能模块进行连接；

所述电压检测模块用于对三相交流电网的电压信号进行检测，获取电网电压的暂降幅度，判断电网电压是否发生电压暂降；

当所述电压检测模块检测到电网电压未发生电压暂降时，则给定快速切换晶闸管模块驱动信号，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，继续使用电压检测模块检测三相交流电网的电压信号；

当所述电压检测模块检测到电网电压发生电压暂降时，则封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，使用电流检测模块检测三相交流电网电流信号，判断发生电流反向的相别，生成电压暂降治理参考信号；

所述电流控制模块根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，生成正负序电压参考值信号，判断三相电流是否为零；

若三相电流为零，则使储能并网逆变器工作于离网运行模式，给交流负载提供电压支撑；若三相电流不为零，则继续检测三相交流电网的电流信号；

储能并网逆变器处于离网运行模式时，所述电路复位模块检测三相交流电网电压是否恢复，若恢复则使用电压检测模块继续检测三相交流电网的电压信号；否则储能并网逆变器继续在离网运行模式下工作。

第三方面在于提供一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现上述的基于无功补偿的电压暂降治理方法。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、与现有技术相比，本发明有结构简单、占地体积小、成本低、运行效率高、反应速度快、动态效果好、充放电只需一套电路等特点。

2、相比于同类现有技术DVR，本发明不需要三个单独的逆变器、不需要三个单独的变压器、也不需要额外的充电电路，只有超级电容和一个电感、两个开关组成，结构简单，控制简单，除储能单元外的元件体积远远小于DVR。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中现有技术中并联动态电压补偿器的电路拓扑图；

图2为本发明实施例中基于无功补偿的电压暂降治理方法的流程图；

图3为本发明实施例中电压暂降治理电路的拓扑图；

图4(a)和图4(b)为本发明实施例中基于无功补偿的电网电压电流波形及暂降治理参考电压波形图；

图5为本发明实施例中储能并网逆变器PCS的正负序分离控制框图；

图6为本发明实施例中基于无功补偿的电压暂降治理系统的结构图；

图7为本发明实施例中计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图2所示，本实施例基于无功补偿的电压暂降治理方法，包括下述步骤：

S1、构建电压暂降治理电路，并与交流负载并联经过快速切换晶闸管模块接入三相交流电网中；

本实施通过在交流负载和交流电网之间并联一个电压暂降治理电路，来保证交流负载在交流电网出现电压暂降时能够不受影响，稳定运行；电压暂降治理电路包括公共直流母线电容、储能并网逆变器PCS及并网滤波器；公共直流母线电容与储能模块进行连接；

如图3所示，本实施例中的快速切换晶闸管模块设置为三相反并联晶闸管模块；储能并网逆变器PCS由开关管S

其中电容C

现有的电压暂降治理设备为了降低稳态运行时的线路压降及损耗，快速切换模块一般设置为具有低导通电阻的接触器，但接触器的切换时间一般较大；因此本实施例中为了提高电压暂降治理速度，将快速切换晶闸管模块STS设置为三相反并联晶闸管模块，在电路稳态时能有效地降低线路损耗，提高电路运行效率；同时在交流电压出现电压暂降时，能快速切换至储能模块进行供电，不影响交流负载的正常工作，提高了响应速度及切换速度；同时为了满足电压暂降治理过程中的电压稳定及控制方便，本实施例将储能并网逆变器PCS配置为三相四线制T型三电平逆变器，无论电压暂降是发生在交流电网电压正半轴还是负半轴，保证每一相的电压及电流均同相，只需通过检测电网电压幅值以及电网电流是否反向来控制暂降过程中的每一相的参考电压信号与对应相电网残压的大小关系，不需时刻检测电压电流的方向，计算要求小；而且当电网电压发生三相暂降或者是单相电压暂降幅度较小时，暂降过程中储能并网逆变器的输出电压参考信号均为三相对称电压，控制简单易实现。

S2、对三相交流电网的电压信号进行检测，获取电网电压的暂降幅度，判断电网电压是否发生电压暂降；

S3、若电网电压未发生电压暂降，则给定快速切换晶闸管模块驱动信号，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，继续检测三相交流电网的电压信号；

当电网电压的暂降幅度未超过设定暂降阈值时，即电网电压正常工作时，给定快速切换晶闸管模块驱动信号，使储能并网逆变器PCS切除电压控制外环，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，如图4(a)所示此时三相交流电网每一相电压电流同相，三相交流电网的输出功率因数为1，使交流负载由三相交流电网进行支撑。

S4、若电网电压发生电压暂降，则封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，检测三相交流电网电流信号，判断发生电流反向的相别，生成电压暂降治理参考信号；

具体的，当电网电压的暂降幅度超过设定暂降阈值时，即电网电压发生电压暂降时，封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，并增设储能并网逆变器电压控制外环，分别对三相交流电网的电流信号进行检测，判断发生电流反向的相，生成电压暂降治理参考信号，具体为：

分别对三相交流电网中A、B、C相的电流信号进行检测，判断每一相别的电流是否发生反向；

假定三相交流电网中某相的快速切换晶闸管模块中的晶闸管开通，若该相的电流未发生反向，则证明该相的电压暂降幅度较小，残压较高，此时控制该相上储能并网逆变器的输出电压有效参考值大于该相残压有效值，生成该相电压暂降治理参考信号；

若该相的电流发生反向，则证明该相的电压暂降幅度较大，残压较高，该相上开通的晶闸管关断，反并联的晶闸管导通，此时控制该相上储能并网逆变器的输出电压有效参考值小于该相残压有效值，生成该相电压暂降治理参考信号。

如图3所示，以A相为例，假定A相的STS模块中的晶闸管T

若在检测时间内A相的电流发生反向，则证明该相的电压暂降幅度较大，残压较高，该相上原本开通的晶闸管T

如图4(b)所示的三相电压发生暂降时的电网电压电流及储能并网逆变器暂降治理参考电压波形图，其中u

S5、根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，生成正负序电压参考值信号，判断三相电流是否为零；

本实施例中，如图5所示，进行正负序分离，即：对生成的电压暂降治理参考信号进行正负序分离，得到正序控制环下的d轴电压参考值u

S6、若三相电流为零，则使储能并网逆变器工作于离网运行模式，给交流负载提供电压支撑；若三相电流不为零，则继续检测三相交流电网的电流信号；

如图5所示，当生成正负序电压参考值信号后，控制储能并网逆变器开始输出，并检测交流电网侧的电流信号，若交流电网侧的电流不为零，则储能并网逆变器输出的电压参考值信号不变，直至交流电网侧的电流为零，完成离网切换，使储能并网逆变器工作于离网运行模式，改变储能并网逆变器的电压控制外环参考值，使储能并网逆变器PCS输出有效值为220V的标准正弦波，且其相位与正负序电压参考值信号中正序控制环下电压分量(即d轴电压和q轴电压)同相，提供交流负载电压支撑。

当电压暂降治理完成后，再次改变正负序电压参考值信号，负序及零序电压参考值均设为0，由正序环控制逆变器恒压输出，输出与电网电压正序分量同相的负载电压。

S7、储能并网逆变器处于离网运行模式时，检测三相交流电网电压是否恢复，若恢复则继续检测三相交流电网的电压信号；否则储能并网逆变器继续在离网运行模式下工作。

当储能并网逆变器工作于离网运行模式时，继续采集三相交流电网的电压信号，若电网电压不能恢复到设定暂降阈值之上，则储能并网逆变器将仍工作于离网运行模式，负责交流负载的电压支撑。若检测到三相交流电网的电压恢复至暂降阈值之上时，重新给定快速切换晶闸管模块驱动信号；因为离网时，储能并网逆变器输出电压的锁相环一直采用交流电网正序锁相环，因此当快速切换晶闸管模块驱动信号重新给定后，储能并网逆变器直接并网即可；与此同时，断开储能并网逆变器电压控制外环，如图5所示，给定储能并网逆变器的正序电流控制内环参考值i

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

基于与上述实施例中的基于无功补偿的电压暂降治理方法相同的思想，本发明还提供基于无功补偿的电压暂降治理系统，该系统可用于执行上述基于无功补偿的电压暂降治理方法。为了便于说明，基于无功补偿的电压暂降治理系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图6所示，本发明另一个实施例提供了一种基于无功补偿的电压暂降治理系统，包括电路构建模块、电压检测模块、电流检测模块、电流控制模块及电路复位模块；

其中，电路构建模块用于构建电压暂降治理电路，并与交流负载并联经过快速切换晶闸管模块接入三相交流电网中；电压暂降治理电路包括公共直流母线电容、储能并网逆变器及并网滤波器；公共直流母线电容与储能模块进行连接；

电压检测模块用于对三相交流电网的电压信号进行检测，获取电网电压的暂降幅度，判断电网电压是否发生电压暂降；

当电压检测模块检测到电网电压未发生电压暂降时，则给定快速切换晶闸管模块驱动信号，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，继续使用电压检测模块检测三相交流电网的电压信号；

当电压检测模块检测到电网电压发生电压暂降时，则封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，使用电流检测模块检测三相交流电网电流信号，判断发生电流反向的相别，生成电压暂降治理参考信号；

电流控制模块根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，生成正负序电压参考值信号，判断三相电流是否为零；

若三相电流为零，则使储能并网逆变器工作于离网运行模式，给交流负载提供电压支撑；若三相电流不为零，则继续检测三相交流电网的电流信号；

储能并网逆变器处于离网运行模式时，电路复位模块检测三相交流电网电压是否恢复，若恢复则使用电压检测模块继续检测三相交流电网的电压信号；否则储能并网逆变器继续在离网运行模式下工作。

需要说明的是，本发明的基于无功补偿的电压暂降治理系统与本发明的基于无功补偿的电压暂降治理方法一一对应，在上述基于无功补偿的电压暂降治理方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于基于无功补偿的电压暂降治理系统的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。

此外，上述实施例的基于无功补偿的电压暂降治理系统的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述基于无功补偿的电压暂降治理系统的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

如图7所示，在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序于存储器中，所述程序被处理器执行时，实现所述的基于无功补偿的电压暂降治理方法，具体为：

构建电压暂降治理电路，并与交流负载并联经过快速切换晶闸管模块接入三相交流电网中；电压暂降治理电路包括公共直流母线电容、储能并网逆变器及并网滤波器；公共直流母线电容与储能模块进行连接；

对三相交流电网的电压信号进行检测，获取电网电压的暂降幅度，判断电网电压是否发生电压暂降；

若电网电压未发生电压暂降，则给定快速切换晶闸管模块驱动信号，让储能模块及储能并网逆变器处于无功补偿工作模式，继续检测三相交流电网的电压信号；

若电网电压发生电压暂降，则封锁快速切换晶闸管模块驱动信号，检测三相交流电网电流信号，判断发生电流反向的相别，生成电压暂降治理参考信号；

根据电网电压暂降幅度及电压暂降治理参考信号进行正负序分离，生成正负序电压参考值信号，判断三相电流是否为零；

若三相电流为零，则使储能并网逆变器工作于离网运行模式，给交流负载提供电压支撑；若三相电流不为零，则继续检测三相交流电网的电流信号；

储能并网逆变器处于离网运行模式时，检测三相交流电网电压是否恢复，若恢复则继续检测三相交流电网的电压信号；否则储能并网逆变器继续在离网运行模式下工作。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。