[发明专利]基于最小有功功率注入的动态电压恢复器补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于最小有功功率注入的动态电压恢复器补偿控制方法，属于暂态电能质量扰动信号分析领域，特别适合配电网中出现短时电压扰动的检测与补偿。

背景技术

上世纪八十年代以来，一些新型电力电子负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的问题。电能质量诸多问题中，尤以暂态电压扰动，包括电压暂时下降、升高、闪变等造成的危害最为普遍。统计表明，大型电力用户，幅度超过20％的电压暂降年发生率在10-20次左右，像机场、银行、精密电子元器件制造业、计算机网络和服务监控中心等重要场合，每次由电压暂降造成的经济损失达数十万至数百万元之多。可见，减少或减缓暂态电压扰动的发生及其造成的危害是提高供电质量的重要内容。

电压暂降和短时供电中断是影响用电设备正常、安全运行最严重的动态电能质量问题。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是一种电压源型电力电子补偿装置，串接于电源和重要负荷之间。它具有很好的动态性能，当发生电压暂降或短时中断时，能在很短的时间（几个毫秒）内将故障处电压恢复到正常值，所以它是解决电压暂降等短时电压扰动问题最有效的手段，相比于其它几种电压校正装置而言更具灵活性和经济性，应用前景非常广阔。

如何使DVR工作效率更高，补偿时间更长，运行成本更低等问题成为国内外电力领域学者研究的热点。DVR在补偿系统所需电压的同时需要给系统注入有功功率，消耗的这些有功功率由直流储能单元给及，直流储能单元容量的大小会直接影响到DVR装置的体积以及运行成本。因此，对DVR装置采用不同的补偿控制策略会导致DVR在工作时向系统注入的有功功率和补偿电压也不同，从而不仅会影响到DVR补偿工作的持续时间以及对负荷电压的补偿程度，而且还关系到DVR装置直流储能单元的容量大小，特别是对以蓄电池组等小功率储能器件为直流储能单元的DVR装置，选取合适的补偿控制策略，减少DVR在工作时向系统注入的有功功率，降低DVR在工作时的能量消耗，有效地补偿系统所需电压和延长补偿时间，提高 DVR 装置的经济性，意义重大。

目前DVR装置采用的控制策略主要有三种：完全补偿控制策略、同相补偿控制策略和最小能量补偿控制策略，完全补偿控制策略以及同相补偿控制策略虽都能较好的补偿系统在发生电压暂降时负荷所需电压，但是DVR装置在进行补偿工作时需要向系统注入大量的有功功率，消耗的能量比较多。传统的最小能量补偿控制策略理论比较复杂，在确定DVR装置实现最小能量补偿的条件时需要分情况讨论，数学推导模糊，另外，补偿后负荷电压相量可能存在着相位的跳变等问题。

发明内容

为了满足DVR装置在对系统发生电压暂降扰动后能够及时准确地进行故障电压的检测与补偿，最大程度地降低DVR装置在工作时向系统注入的有功功率，降低DVR装置直流储能单元的能量损耗，有效地延长补偿时间，本发明提出了一种基于最小有功功率注入的DVR补偿控制方法对系统电压暂降扰动进行有效地检测与补偿。

本发明的技术方案是：

基于最小有功功率注入的动态电压恢复器补偿控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取配电网系统电压的幅值和相位；

步骤二：利用dq变换电压检测方法对配电网在发生电压暂降后的系统电压进行检测分析，确定电压暂降信号的特征量；

步骤三：选取负荷参考电压，通过对配电网在发生电压暂降前后系统电压、负荷参考电压以及DVR向系统注入的补偿电压之间的关系(包括电压幅值和相位)进行推导分析，建立系统电压、电流向量图以及DVR装置在工作时的有功功率特性方程，对有功功率特性方程进行求导，利用导数知识确定DVR装置在向系统注入最小有功功率补偿负荷电压的情况下所要满足的条件；

步骤四：对DVR装置中的逆变器采用最小注入有功功率补偿控制方法，补偿系统所需电压，更为有效地降低DVR装置的能量损耗，提高DVR装置的经济性。

本发明的有益效果是：

本发明动态电压恢复器中的逆变器采用最小有功功率注入的补偿控制方法，能够更为有效地延长动态电压恢复器的补偿时间，提高动态电压恢复器的工作效率，确保配电网中重要负荷的供电可靠性。

本发明提出的配电网DVR补偿控制方法的系统理论简单易懂，无需分情况讨论，数学推导清晰，在确定DVR最小注入有功功率条件时简洁方便，且可以进一步减少DVR在工作时向系统注入的有功功率，延长补偿时间。