一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法与流程

本发明涉及直流配电领域，特别涉及一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法。

背景技术：

近年来，直流配电技术快速发展，直流供电展现出巨大的优越性。但是由于当前直流配电理论和技术的不成熟，使得新型直流配电网易出现电压波动的质量问题，具体包括过电压、电压骤升、电压暂降和电压跌落等，严重影响直流用电设备的正常工作，而目前对直流电能质量治理设备的研究较少，缺少专门的直流电能质量问题治理设备。

技术实现要素：

本发明目的是为了恢复直流配电系统中的电压波动，保证了直流配电系统的直流电能的质量，提供一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种直流配电系统的电压波动恢复装置，所述恢复装置串联于直流配电系统和负载之间，所述恢复装置包括储能装置、逆变电路、双向整流电路和控制器；

所述储能装置的输出端与所述逆变电路的输入端连接，用于将直流补偿电压输入至所述逆变电路中；

所述逆变电路的输出端与所述双向整流电路的输入端连接，用将所述直流补偿电压转换成占空比可调的交流电压，并将所述交流电压输入至所述双向整流电路中；

所述双向整流电路的输出端串联于所述直流配电系统和所述负载之间；用于将所述交流电压转换成方向可调的直流电压，并将所述直流电压输出给所述直流配电系统，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动；

所述控制器与所述逆变电路的控制端连接，用于控制所述逆变电路的输出交流电压并控制所述逆变电路的输出交流电压的占空比，所述控制器还与所述双向整流电路的控制端连接，用于控制所述双向整流电路输出直流电压的方向。

可选的，所述恢复装置还包括电压采集装置，所述电压采集装置的输入端与所述负载并联，所述电压采集装置的信号输出端与所述控制器连接，用于采集所述直流配电系统输出的负载电压，并将所述负载电压输入给所述控制器；

所述控制器还用于根据所述负载电压确定所述负载电压波动的大小和方向，并根据电压波动的大小控制所述逆变电路输出交流电压的占空比，以调整所述逆变电路输出交流电压的有效值的大小，并根据电压波动的方向控制所述双向整流电路改变双向整流电路输出直流电压的方向。

可选的，所述恢复装置还包括变压器，所述变压器设置于所述逆变电路和所述双向整流电路之间，用于对所述逆变电路输出的交流电压进行升压，并将升压后的交流电压输入至所述双向整流电路。

可选的，所述恢复装置还包括滤波电路，所述滤波电路设置于所述逆变电路与所述变压器之间，用于对所述逆变电路输出的电压进行滤波，并将滤波后的交流电压输入至所述变压器。

可选的，所述双向整流电路包括全桥整流电路和方向改变电路；

所述全桥整流电路的输入端与所述变压器的输出端连接，所述全桥整流电路的输出端与所述方向改变电路的输入端连接，用于将所述变压器输出的交流电变换成直流电压，并将所述直流电压输入至所述方向改变电路；

所述方向改变电路的输出端串联于所述直流配电系统和所述负载之间，所述方向改变电路的控制端与所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下改变所述直流电压的方向，并将改变方向的直流电压输入至所述直流配电系统的输出端，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动。

可选的，所述方向改变电路为由第一全控型半导体器件、第二全控型半导体器件、第三全控型半导体器件、第四全控型半导体器件组成的全桥逆变电路，其中，第一全控型半导体器件和第二全控型半导体器件组成第一桥臂，第一全控型半导体器件为第一桥臂的上桥臂、第二全控型半导体器件为第一桥臂的下桥臂，第三全控型半导体器件和第四全控型半导体器件组成第二桥臂，第三全控型半导体器件为第二桥臂的上桥臂、第四全控型半导体器件为第二桥臂的下桥臂，所述第一全控型半导体器件和所述第四全控型半导体器件导通，所述第二全控型半导体器件和所述第三全控型半导体器件截止时，所述方向改变电路输出直流电压的方向为正，所述第二全控型半导体器件和所述第三全控型半导体器件导通，所述第一全控型半导体器件和所述第四全控型半导体器件截止时，所述方向改变电路输出直流电压的方向为负。

一种直流配电系统的电压波动恢复方法，所述恢复方法应用于所述恢复装置，包括如下步骤：

储能装置提供直流补偿电压；

逆变电路在控制器的控制下，将所述直流补偿电压转换成设定占空比的交流电压；

双向整流电路在所述控制器的控制下，将所述交流电压转换成方向可调的直流电压，并将所述直流电压输入所述直流配电系统的输出端，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动。

可选的，在逆变电路在控制器的控制下，将所述直流补偿电压转换成设定占空比的交流电压之前，所述恢复方法还包括如下步骤：

电压采集装置采集所述直流配电系统输出的负载电压；

所述控制器将所述负载电压与额定电压值比较，确定所述负载电压波动的方向和大小；

所述控制器根据负载电压波动的大小计算所述逆变电路输出交流电压的占空比；

所述控制器根据负载电压波动的方向确定所述双向整流电路输出直流电压的方向。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法，所述恢复装置具体包括储能装置、逆变电路、双向整流电路和控制器；通过所述逆变电路将储能装置提供的直流补偿电压转换成占空比可调的交流电压，通过双向整流电路将逆变电路输出的交流电压转成方向可变的直流电压，进而通过调节交流电压的占空比调节恢复装置输出电压的大小，通过改变双向整流电路输出直流电压的方向改变恢复装置输出电压的方向，本发明的恢复装置可为直流配电系统提供大小和方向可调的直流电压以恢复直流配电系统中的电压波动，保证了直流配电系统提供的直流电能的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要的附图作简单介绍。显而易见，下面描述的附图仅仅是本发明的一个实施例，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，还可以根据这个附图获得其他附图。

图1为本发明提供的一种直流配电系统的电压波动恢复装置的电路结构图；

图2为本发明提供的一种直流配电系统的电压波动恢复方法的流程图；

图3为本发明提供的一种直流配电系统的电压波动恢复方法的控制输出直流电压的方向的流程图；

图4为本发明提供的一种直流配电系统的电压波动恢复方法的电压波形图；

其中，1为储能装置，2为逆变电路，3为滤波电路，4为变压器，5为双向整流电路，6为控制器，7为电压采集装置，图a为模拟直流配电系统输出电压的波形图，图b为恢复装置输出电压的波形图，图c为调整后的负载电压的波形图。

具体实施方式

本发明目的是提供一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法，以恢复直流配电系统中的电压波动，保证直流配电系统的直流电能的质量。

为使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种直流配电系统的电压波动恢复装置，所述恢复装置串联于直流配电系统和负载之间，所述恢复装置包括储能装置1、逆变电路2、双向整流电路5和控制器6；

所述储能装置1的输出端与所述逆变电路2的输入端连接，用于将直流补偿电压输入至所述逆变电路中；

所述逆变电路2的输出端与所述双向整流电路5的输入端连接，用将所述直流补偿电压转换成占空比可调的交流电压，并将所述交流电压输入至所述双向整流电路5中；

所述双向整流电路5的输出端串联于所述直流配电系统和所述负载之间；用于将所述交流电压转换成方向可调的直流电压，并将所述直流电压输出给所述直流配电系统，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动；

所述控制器6与所述逆变电路的控制端连接，用于控制所述逆变电路2的输出交流电压并控制所述逆变电路2的输出交流电压的占空比，所述控制器6还与所述双向整流电路的控制端连接，用于控制所述双向整流电路输出直流电压的方向。

可选的，所述恢复装置还包括电压采集装置7，所述电压采集装置7的输入端与所述负载并联，所述电压采集装置7的信号输出端与所述控制器6连接，用于采集所述直流配电系统输出的负载电压，并将所述负载电压输入给所述控制器6；

所述控制器6还用于根据所述负载电压确定所述负载电压波动的大小和方向，并根据电压波动的大小控制所述逆变电路2输出交流电压的占空比，以调整所述逆变电路输出交流电压的有效值的大小，并根据电压波动的方向控制所述双向整流电路5改变双向整流电路5输出直流电压的方向。

可选的，所述恢复装置还包括变压器4，所述变压器4设置于所述逆变电路2和所述双向整流电路5之间，用于对所述逆变电路2输出的交流电压进行升压，并将升压后的交流电压输入至所述双向整流电路4。

可选的，所述恢复装置还包括滤波电路3，所述滤波电路3设置于所述逆变电路2与所述变压器4之间，用于对所述逆变电路2输出的电压进行滤波，并将滤波后的交流电压输入至所述变压器4。

可选的，所述双向整流电路包括全桥整流电路51和方向改变电路52；

所述全桥整流电路51的输入端与所述变压器4的输出端连接，所述全桥整流电路51的输出端与所述方向改变电路52的输入端连接，用于将所述变压器4输出的交流电变换成直流电压，并将所述直流电压输入至所述方向改变电路52；所述全桥整流电路51由四个全控型半导体器件组成，所述全控型半导体器件为igbt或mosfet；

具体的，所述全桥整流电路51还可以更换为二极管全桥整流电路，用于高频全桥整流；

所述方向改变电路52的输出端串联于所述直流配电系统和所述负载之间，所述方向改变电路52的控制端与所述控制器6连接，用于在所述控制器6的控制下改变所述直流电压的方向，并将改变方向的直流电压输入至所述直流配电系统的输出端，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动。

可选的，所述方向改变电路52为由第一全控型半导体器件、第二全控型半导体器件、第三全控型半导体器件、第四全控型半导体器件组成的全桥逆变电路，其中，第一全控型半导体器件和第二全控型半导体器件组成第一桥臂，第一全控型半导体器件为第一桥臂的上桥臂、第二全控型半导体器件为第一桥臂的下桥臂，第三全控型半导体器件和第四全控型半导体器件组成第二桥臂，第三全控型半导体器件为第二桥臂的上桥臂、第四全控型半导体器件为第二桥臂的下桥臂，所述第一全控型半导体器件和所述第四全控型半导体器件导通，所述第二全控型半导体器件和所述第三全控型半导体器件截止时，所述方向改变电路输出直流电压的方向为正，所述第二全控型半导体器件和所述第三全控型半导体器件导通，所述第一全控型半导体器件和所述第四全控型半导体器件截止时，所述方向改变电路输出直流电压的方向为负。所述全控型半导体器件为igbt或mosfet。

本发明还提供了一种直流配电系统的电压波动恢复方法，如图2所示，作为一种实施方式，所述恢复方法应用于所述恢复装置，包括如下步骤：

步骤201储能装置提供直流补偿电压；

步骤202逆变电路在控制器的控制下，将所述直流补偿电压转换成设定占空比的交流电压；

步骤203双向整流电路在所述控制器的控制下，将所述交流电压转换成方向可调的直流电压，并将所述直流电压输入所述直流配电系统的输出端，以恢复所述直流配电系统输出电压的波动。

可选的，步骤202所述在逆变电路在控制器的控制下，将所述直流补偿电压转换成设定占空比的交流电压之前，所述恢复方法还包括如下步骤：

电压采集装置采集所述直流配电系统输出的负载电压；

所述控制器将所述负载电压与额定电压值比较，确定所述负载电压波动的方向和大小；

所述控制器根据负载电压波动的大小计算所述逆变电路输出交流电压的占空比；

所述控制器根据负载电压波动的方向确定所述双向整流电路输出直流电压的方向。

如图3所示，所述控制器根据负载电压波动的方向确定所述双向整流电路输出直流电压的方向的具体步骤包括：

步骤301电压采集装置采集所述直流配电系统输出的负载电压uo；

步骤302控制器根据负载电压uo与额定电压比较，通过判断负载电压是否小于额定电压且所述负载电压和额定电压的差值超过第一设定值，来判断负载电压是否跌落，得到第一判断结果；若第一判断结果为是，则执行步骤304，若第一判断结果为否，则执行步骤303；所述第一设定值为5％；

步骤303控制器根据负载电压uo与额定电压比较，通过判断负载电压是否大于额定电压且所述负载电压和额定电压的差值超过第二设定值，得到第二判断结果；若第二判断结果为是，则执行步骤305，若第二判断结果为否，则返回步骤301；所述第二设定值为5％；

步骤304所述控制器控制双向整流电路的第一全控型半导体器件和第四全控型半导体器件导通，第二全控型半导体器件和第三全控型半导体器件截止，使所述双向整流电路输出正的恢复电压；

步骤305所述控制器控制双向整流电路的第二全控型半导体器件和所述第三全控型半导体器件导通，所述第一全控型半导体器件和所述第四全控型半导体器件截止，使所述双向整流电路输出负的恢复电压。

如图4所示，图a为模拟直流配电系统输出电压的波形图，模拟直流配电系统出现电压跌落和过电压故障现象，在0.1s时发生跌落，跌落深度为60％(300v)，跌落时间持续300ms，在0.6s时出现过电压40％(200v),持续时间300ms；图b为恢复装置输出电压的波形图，恢复装置启动的设定阈值为系统额定电压的5％，即直流配电系统电压幅值跌落或过电压超过25v时启动，在0.1s时输出正电压，幅值为300v，持续时间为300ms，在0.6s时输出负电压，幅值为200v，持续时间300ms；图c为调整后的负载电压的波形图，可见负载电压稳定，本发明提供的装置和方法电压输出稳定，响应速度快，完整的实现了电压补偿和抑制功能。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种直流配电系统的电压波动恢复装置和恢复方法，所述恢复装置具体包括储能装置、逆变电路、双向整流电路和控制器；通过所述逆变电路将储能装置提供的直流补偿电压转换成占空比可调的交流电压，通过双向整流电路将逆变电路输出的交流电压转成方向可变的直流电压，进而通过调节交流电压的占空比调节恢复装置输出电压的大小，通过改变双向整流电路输出直流电压的方向改变恢复装置输出电压的方向，本发明的恢复装置可为直流配电系统提供大小和方向可调的直流电压以恢复直流配电系统中的电压波动，保证了直流配电系统提供的直流电能的质量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用具体个例对技术原理、实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是为了帮助理解本发明技术方法及核心思想，描述的实施例仅仅是本发明的个例，不是全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通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，都属于本发明保护范围。