筑基式直流电压控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种筑基式直流电压控制系统及方法，该系统包括多个依次串联的功率单元、反馈模块、比较模块、PWM输出控制模块和用于为多个功率单元提供直流电压检测和采样控制基准单元；基准单元的输入端通过整流装置连接外部电源，基准单元与最后一个功率单元串联，第一个功率单元连接内部电源，多个功率单元分别通过反馈模块连接比较模块，基准单元的输出端连接比较模块，比较模块通过PWM输出控制模块分别连接多个功率单元。本发明能够防止SVG各功率单元直流电压的大幅波动，避免直流电压过高引起的系统调节震荡、直流电压超标而跳机的问题，使SVG装置的运行更加安全可靠。
【专利说明】筑基式直流电压控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域，尤其涉及一种筑基式直流电压控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]中压静止型动态同步补偿装置，简称SVG，以其能够快速响应信号变化、能够吸收和发出无功功率进行双向调节、占地面积小及调节特性不受电网电压的影响等诸多的优势，在21世纪的电能质量治理技术中，成为无可争辩的核心产品，而得到了长足的发展，并成为电力电子技术在电力系统领域的重要发展方向，该技术在钢铁、有色、矿山、电气化铁路、风电等领域也有极大的运用前景。目前，该产品及技术实现的基本原理是在稳定的直流电压前提下，通过间接控制法来控制SVG装置发出或吸收的无功功率的大小，以实现自动控制无功功率的目的。因此，直流电压的稳定将是其中能否实现控制目标的关键影响因素之一。目前市面上，对于链式结构的SVG的直流电压稳定控制方法主要有两种。
[0003]第一种是能量泄压法:即在监测系统检测到某一功率单元上的直流电压超过设定值后，立即触发并联在功率单元的电解电容之上的放电回路，将电解电容的能量进行泄放，使电解电容两端的电压下降到设定值以下，然后再停止出发，使放电回路停止工作，以此来实现对线直流电压的控制。这种控制方法存在的问题:1)每个单元对直流电压的采样值是一个动态波动值，会随着对负荷的调节而波动，如此所得之值与目标控制值之间的调节，不是根据一个系统的整体进行反馈调节，而是依靠放电回路对能量的泄放来逐步靠近目标值。这样对放电回路的时间常数就因不同性质的负载而有所不同，选用同一种的放电时间常数来适应各类负荷，必然造成调节滞后，直流电压大幅波动，而使控制效果下降。2)是在直流电压低于下限值时放电回路无法解决控制问题，使装置的控制效果下降。
[0004]第二种是直流电压反馈控制法:即通过监测系统检测到某一功率单元的直流电压超过设定的上限或低于设定的下限值时，计算出正或负误差值后，送入相应的反馈环节中，对该单元控制的调制比进行微调后，来调整该单元的能量输出关系而逐步稳定直流电压在波动的范围内。这种反馈存在的主要问题:1)调节的幅度范围小，对较大波动范围的负荷导致的直流电压波动的调节稳定能力有限，且严重时仍不能使直流电压稳定在设定值范围而可能导致直流过压而跳机。2)检测到的直流电压的波动范围一直是随系统电压和负荷波动而波动的，使直流参数电压值也是相对在波动状态，没有一个基准的直流电压参数值进行相应控制，从而导致控制的直流电压仍然可能升高不能稳定而过压跳机，影响了系统运行的稳定性。
[0005]综合上述的描述，市面上急需一种新型的直流电压控制方法来解决上述的问题。
【发明内容】
[0006]针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种筑基式直流电压控制系统和方法，该系统能够防止SVG各功率单元的直流电压大幅波动，避免直流电压过高引起的系统调节震荡或直流电压超标而跳机的现象，使SVG装置运行更加安全可靠。[0007]为实现上述目的，本发明提供一种筑基式直流电压控制系统，包括多个依次串联的功率单元、反馈模块、比较模块、PWM输出控制模块和用于为多个功率单元提供直流电压检测和采样控制基准单元；所述基准单元的输入端通过整流装置连接外部电源，所述基准单元与最后一个功率单元串联，第一个功率单元连接内部电源，所述多个功率单元分别通过反馈模块连接比较模块，所述基准单元的输出端连接比较模块，所述比较模块通过PWM输出控制模块分别连接多个功率单元。
[0008]其中，所述基准单元内部电解电容的正极和负极均通过电力电缆与整流装置的输出端连接，所述整流装置的输入端连接外部电源。
[0009]其中，所述电力电缆的绝缘等级为10KV。
[0010]其中，所述整流装置为整流器或稳压管。
[0011]为实现上述目的，本发明还提供一种筑基式直流电压控制方法，包括以下步骤:
[0012]步骤A:基准单元采样直流电压，且作为各个功率单元的参考直流电压并送至比较模块；
[0013]步骤B:反馈模块采集多个功率单元的工作直流电压，并送至比较模块；
[0014]步骤C:各个功率单元的工作直流电压与参考直流电压在比较模块上进行比较，并得到各个功率单元工作直流电压的误差值；
[0015]步骤D:将比较模块上的各个误差值送至PWM输出控制模块，且由PWM输出控制模块来调节输出信号的调制比；
[0016]步骤E:PWM输出控制模块将调制比输出到各个功率单元，并控制输出能量的变化，使得各个功率单元的直流电压趋向于参考直流电压值。
[0017]与现有技术相比，本发明提供的筑基式直流电压控制系统和方法，具有以下有益效果:
[0018]I)本发明中，多个功率单元依次串联，基准单元与最后一个功率单元串联，形成了筑基式控制结构，而基准单元用于为多个功率单元提供直流电压检测和采样控制，无需另外设置直流电压控制装置，不仅结构简单、效果明显，而且体积大大减小。
[0019]2)通过将原有结构中的最后一个功率单元作为基准单元，用外部电源对其进行充电，使其充电到设计的参考直流电压，使其采样值是一个静态值，有效防止各功率单元中直流电压的大幅度波动，有效避免了现有控制方法中采样值是一个动态波动值，随着对负荷的调节而波动而致调节滞后，直流电压大幅波动而使控制效果下降的问题。
[0020]3)本发明中是由参考直流电压与各功率单元工作直流电压在比较模块上进行比较，将比较模块上的各个误差值送至PWM输出控制模块，且由PWM输出控制模块来调节输出信号的调制比；最终使得多个功率单元中的直流电压趋向于参考直流电压。该控制过程能保证各个功率单元都有一个稳定的工作电压，有效避免了现有技术中采用电压反馈控制法，因其调节的幅度范围小且直流电压的波动范围一直是随系统电压和负荷波动而波动的而致系统过压跳机的问题。
[0021]4)该系统及方法能够防止SVG各功率单元直流电压的大幅波动，避免直流电压过高引起的系统调节震荡、直流电压超标而跳机的问题，使SVG装置的运行更加安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】[0022]图1为本发明的筑基式直流电压控制系统的方框图；
[0023]图2为本发明的筑基式直流电压控制方法的步骤流程图。
[0024]主要元件符号说明如下:
[0025]10、功率单元 11、反馈模块
[0026]12、比较模块 13、PWM输出控制模块
[0027]14、基准单元 15、整流装置
[0028]16、内部电源 17、外部电源
【具体实施方式】
[0029]为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0030]请参阅图1，本发明的筑基式直流电压控制系统，包括多个依次串联的功率单元
10、反馈模块11、比较模块12、PWM输出控制模块13和用于为多个功率单元10提供直流电压检测和采样控制基准单元14 ;基准单元14的输入端通过整流装置15连接外部电源17，基准单元14与最后一个功率单元10串联，第一个功率单元10连接内部电源16，多个功率单元10分别通过反馈模块11连接比较模块12，基准单元14的输出端连接比较模块12，比较模块12通过PWM输出控制模块13分别连接多个功率单元10。
[0031]在本实施例中，基准单元14内部电解电容的正极和负极均通过电力电缆与整流装置15的输出端连接，整流装置15的输入端连接外部电源。该基准单元14还包括四个桥式分布的IGBT、层叠母线和两个输出铜排；层叠母线的正极和负极的一端分别对应连接电解电容器的正极和负极，且层叠母线的正极的另一端分别连接第一 IGBT和第三IGBT的C极，层叠母线的负极的另一端分别连接第二 IGBT和第四IGBT的E极，第一输出铜排分别与第一 IGBT和第二 IGBT的E极及C极相连并引出，第二输出铜排2分别与第三IGBT和第四IGBT的E极及C极相连并引出。
[0032]在本实施例中，电力电缆的绝缘等级为10KV，以满足对地绝缘和给电容器充电的要求。当然，本发明并不局限于电力电缆的绝缘等级，若是对电力电缆的绝缘等级的改变，只要在IOKV左右，那么也可以理解为是对本发明的简单变形或变换，均落入本发明的保护范围。
[0033]在本实施例中，整流装置15为整流器或稳压管，当然，还可以是其他类型的整流装置15，若是对整流装置15类型的改变，那么也可以理解为是对本发明的简单变形或变换，均落入本发明的保护范围。
[0034]请进一步参阅图2，本发明的筑基式直流电压控制方法，当SVG与系统并网空载情况下，每个功率单元10直流电压受基准单元14的直流电压所控制，其包括以下步骤:
[0035]步骤S1:基准单元采样直流电压，且作为各个功率单元的参考直流电压并送至比较模块；步骤S2:反馈模块采集多个功率单元的工作直流电压，并送至比较模块；步骤S3:各个功率单元的工作直流电压与参考直流电压在比较模块上进行比较，并得到各个功率单元工作直流电压的误差值；步骤S4:将比较模块上的各个误差值送至PWM输出控制模块，且由PWM输出控制模块来调节输出信号的调制比；步骤S5:PWM输出控制模块将调制比输出到各个功率单元，并控制输出能量的变化，使得各个功率单元的直流电压趋向于参考直流电压值。[0036]本发明中，系统中基准单元14与功率单元10，从设计结构上与基本功率单元相类似，即相当于将原有链式拓扑结构中的最后一个功率单元作为该基准单元14。本发明中基准单元14与功率单元10所不同的是对直流电压的获得上有所不同，功率单元10的直流电压获得和建立，是通过控制和调制技术，采用内取能方式从系统获得存储的能量并建立直流电压，而基准单元14的直流电压建立，是通过外部公用直流工作电源进行充电，使其充电到设计的参数值指标来建立的。
[0037]本发明提供的筑基式直流电压控制系统及方法，具有以下优势:
[0038]I)本发明中，多个功率单元10依次串联，基准单元14与最后一个功率单元10串联，形成了筑基式控制结构，而基准单元14用于为多个功率单元10提供直流电压检测和采样控制，无需另外设置直流电压控制装置，不仅结构简单、效果明显，而且体积大大减小。
[0039]2)通过将原有结构中的最后一个功率单元作为基准单元14，且用外部电源17对其进行充电，使其充电到设计的参考直流电压，使其采样值是一个静态值，有效防止各功率单元10中直流电压的大幅度波动，有效避免了现有控制方法中采样值是一个动态波动值，随着对负荷的调节而波动而致调节滞后，直流电压大幅波动而使控制效果下降的问题。
[0040]3)本发明中是由参考直流电压与各功率单元10工作直流电压在比较模块12上进行比较，将比较模块12上的各个误差值送至PWM输出控制模块13，且由PWM输出控制模块13来调节输出信号的调制比；最终使得多个功率单元10中的直流电压趋向于参考直流电压。该控制过程能保证各个功率单元都有一个稳定的工作电压，有效避免了现有技术中采用电压反馈控制法，因其调节的幅度范围小且直流电压的波动范围一直是随系统电压和负荷波动而波动的而致系统过压跳机的问题。
[0041]4)该系统及方法能够防止SVG各功率单元直流电压的大幅波动，避免直流电压过高引起的系统调节震荡、直流电压超标而跳机的问题，使SVG装置的运行更加安全可靠。
[0042]以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种筑基式直流电压控制系统，其特征在于，包括多个依次串联的功率单元、反馈模块、比较模块、PWM输出控制模块和用于为多个功率单元提供直流电压检测和采样控制基准单元；所述基准单元的输入端通过整流装置连接外部电源，所述基准单元与最后一个功率单元串联，第一个功率单元连接内部电源，所述多个功率单元分别通过反馈模块连接比较模块，所述基准单元的输出端连接比较模块，所述比较模块通过PWM输出控制模块分别连接多个功率单兀。
2.根据权利要求1所述的筑基式直流电压控制系统，其特征在于，所述基准单元内部电解电容的正极和负极均通过电力电缆与整流装置的输出端连接，所述整流装置的输入端连接外部电源。
3.根据权利要2所述的筑基式直流电压控制系统，其特征在于，所述电力电缆的绝缘等级为10KV。
4.根据权利要求3所述的筑基式直流电压控制系统，其特征在于，所述整流装置为整流器或稳压管。
5.一种筑基式直流电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A:基准单元采样直流电压，且作为各个功率单元的参考直流电压并送至比较模块； 步骤B:反馈模块采集多个功率单元的工作直流电压，并送至比较模块； 步骤C:各个功率单元的工作直流电压与参考直流电压在比较模块上进行比较，并得到各个功率单元工作直流电压的误差值； 步骤D:将比较模块上的各个误差值送至PWM输出控制模块，且由PWM输出控制模块来调节输出信号的调制比； 步骤E:PWM输出控制模块将调制比输出到各个功率单元，并控制输出能量的变化，使得各个功率单元的直流电压趋向于参考直流电压值。
【文档编号】H02J3/18GK103515966SQ201310367423
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】李俭华 申请人:安徽国科电力设备有限公司