一种直流变换器变系数功率补偿方法及系统与流程

本发明涉及一种直流dcdc变换器控制领域，尤其涉及一种直流变换器变系数功率补偿方法及系统。

背景技术：

港口作为对外开放的窗口和现代物流供应链中的重要环节，日益成为集运输、配送、仓储、加工、包装和增值服务等功能于一体的综合性物流平台，其能源消耗在整个交通行业中占有很大的比重。港口行业的节能降耗是交通行业节能工作的重点。也是节能减排目标实现的需要。随着港口的不断发展，港口对吊机、门机的使用量也越来越多。调查结果表明，经过油改电工程以后，吊机的用电量呈逐年上升的趋势。港口吊机的节能减排已逐渐成为港口管理工作的一道难题。但是港口起重设备自身发电利用却一直停留在能量回馈这个无法推广使用的理念中。原因之一是电网不允许回馈，第二是能量回馈的瞬间冲击对附近用户用电设备造成损坏，因此能量回馈无法推广。

随着超级电容技术的成熟及大功率电力电子器件技术的突破，目前主要采用双向dcdc变换器和超级电容构成的能量回馈系统对门机能量进行循环利用。门机能量回馈系统中，当重物上升时，需要dcdc变换器将超级电容中的能量快速释放给逆变器，从而维持逆变器直流母线电压恒定；反之，在重物下降时，逆变器需要通过dcdc变换器将能量回馈给超级电容。目前，门机储能系统中用的较多的是对高压侧直流母线电流进行恒流控制，而忽略高压侧直流母线电压。

这种控制方法具有一定的缺点，尤其是在电机带额定负载上升阶段，高压侧直流母线电压的不可控将直接导致电流的振荡，对电机和逆变器等装置存在一定危害，且对dcdc变换器低压侧连接的直流母线电容冲击较大。

技术实现要素：

为解决上述的现有问题，现提供一种直流变换器变系数功率补偿控制方法及系统。

一种直流变换器变系数功率补偿控制方法，用于控制dcdc变换器，其特征在于，于所述dcdc变换器的高压侧连接一逆变器，所述dcdc变换器的低压侧连接一超级电容；

设置一接入所述dcdc变换器的第一采集装置，所述第一采集装置采集所述dcdc变换器的高压侧电压值并发送至主控器；

设置一接入所述dcdc变换器的第二采集装置，所述第二采集装置采集所述dcdc变换器的变换器电流值并发送至所述主控器；

设置一接入所述逆变器的第三采集装置，所述第三采集装置采集所述逆变器的逆变器电流值并发送至所述主控器；

所述主控器中预设一正常工作区间和一电流控制值；

所述直流变换器变系数功率补偿方法包括：

步骤s1，所述主控器判断所述高压侧电压值是否处于所述正常工作区间内：

若是，则转至步骤s2；

若否，则所述主控器输出故障信号，随后退出；

步骤s2，所述主控器对所述高压侧电压值、所述变换器电流值和所述逆变器电流值进行变系数处理，得到所述dcdc变换器的功率补偿系数；

步骤s3，所述主控器对所述功率补偿系数进行比例调节得到调节结果，并根据所述调节结果更新所述电流控制值；

步骤s4，所述主控器根据所述电流控制值和所述变换器电流值进行处理，得到一电压控制值；

步骤s5，所述主控器根据所述电压控制值生成一控制信号并将所述控制信号输出至所述dcdc变换器，控制所述dcdc变换器的工作状态。

优选的，步骤s2采用下述公式实现：

其中，δ用于表示所述功率补偿系数；

iinv用于表示所述逆变器电流值；

用于表示所述主控器预设的所述高压侧电压设定值；

udc用于表示所述高压侧电压值；

用于表示所述电流控制值；

idc用于表示逆变器电流值；

iinvn用于表示所述主控器预设的逆变器额定电流值。

优选的，步骤s3中包括：

步骤s31，所述主控器对所述高压侧电压值进行电压处理，得到一电流调节值；

步骤s32，所述主控器根据所述电流调节值和所述功率补偿系数处理得到一电流参考值；

步骤s33，所述主控器对所述电流参考值进行限幅处理，得到所述处理结果并作为所述电流控制值。

优选的，步骤s31采用下述公式实现：

其中，用于表示所述电流调节值；

kp用于表示电压环比例系数；

用于表示所述主控器预设的高压侧电压设定值；

udc用于表示所述高压侧电压值；

ti用于表示电压环积分系数。

优选的，步骤s32采用下述公式实现：

其中，用于表示所述电流参考值；

用于表示所述电流调节值；

δ用于表示所述功率补偿系数。

优选的，步骤s33采用下述公式实现：

其中，用于表示所述电流控制值；

imax用于表示所述主控器预设的电流限幅值；

用于表示所述电流参考值。

优选的，步骤s4采用下述公式实现：

其中，用于表示所述电压控制值；

kp2用于表示电流环比例系数；

用于表示所述电流控制值；

idc用于表示所述变换器电流值；

ti2用于表示电流环积分系数。

一种直流变换器变系数功率补偿系统，其特征在于，应用如上述的一种直流变换器变系数功率补偿控制方法，用于控制所述dcdc变换器，于所述dcdc变换器的高压侧连接一逆变器，所述dcdc变换器的低压侧连接一超级电容；

所述控制系统中包括：

第一采集装置，所述第一采集装置接入所述dcdc变换器，用于采集所述dcdc变换器的高压侧电压值并发送至一主控器；

第二采集装置，所述第二采集装置接入所述dcdc变换器，用于采集所述dcdc变换器的变换器电流值并发送至所述主控器；

第三采集装置，所述第二采集装置接入所述dcdc变换器，用于采集所述逆变器的逆变器电流值并发送至所述主控器；

所述主控器，所述主控器与所述第一采集装置、所述第二采集装置和所述第三采集装置连接，用于获取所述高压侧电压值、所述变换器电流值和所述直流电流值，所述主控器中预设一正常工作区间值和一电流控制值；

所述主控器中还包括：

一判断单元，所述判断单元判断所述高压侧电压值是否处于正常工作区间内；

一变系数处理单元，所述变系数运算单元与所述电压判断单元连接，根据判断结果对所述高压侧电压值、所述变换器电流值和所述逆变器电流值进行变系数处理，得到一功率补偿系数；

一比例调节单元，所述比例调节单元与所述变系数运算单元连接，用于获取所述功率补偿系数并对所述功率补偿系数进行比例调节，得到调节结果，并根据所述运算结果更新所述电流控制值；

一处理单元，所述处理单元与所述比例调节单元连接，用于获取所述电流控制值并根据所述变换器电流值对所述电流控制值进行处理，得到一电压控制值；

一控制单元，所述控制单元分别与所述处理单元、所述dcdc变换器连接，用于根据所述电压控制值生成一控制信号，对将所述控制信号输出至所述dcdc变换器，控制所述dcdc变换器的工作状态。

优选的，所述处理单元中包括：

一第一处理单元，所述第一处理单元与所述第一采集装置连接，用于获取所述高压侧电压值，并对所述高压侧电压设定值和所述高压侧电压值进行电压处理，得到一电流调节值；

一第二处理单元，所述第二处理单元分别与所述变系数处理单元、所述第一处理单元连接，用于获取所述功率补偿系数和所述电流调节值，并对所述功率补偿系数和所述电流调节值，进行处理，得到一电流参考值；

一第三处理单元，所述第三处理单元与所述第二处理单元连接，用于根据所述主控器中预设的电流限幅值，对所述电流参考值进行限幅处理，得到所述电流控制值。

上述技术方案的有益效果是：采用变系数功率补偿控制方式，使dcdc变换器能够满足能量回馈需求，并且可以进一步控制其充放电功率大小，以提高dcdc变换器的利用率，使整个系统能够长期安全稳定的运行。

附图说明

图1是本发明中的一种优选实施例的总步骤流程示意图；

图2是本发明中的一种优选实施例的步骤s3流程示意图；

图3是本发明中的一种优选实施例的总控器结构示意图；

图4是本发明中的一种优选实施例的总控器逻辑结构示意图；

图5是本发明中的一种优选实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种直流变换器变系数功率控制方法，用于控制dcdc变换器1，如图1所示，于dcdc变换器1的高压侧连接一逆变器2，dcdc变换器1的低压侧连接一超级电容3；

设置一接入dcdc变换器1的一第一采集装置，第一采集装置采集dcdc变换器1的高压侧电压值并发送至主控器4；

设置一接入dcdc变换器1的一第二采集装置，第二采集装置采集dcdc变换器1的变换器电流值并发送至主控器4；

设置一接入逆变器2的一第三采集装置，第三采集装置采集逆变器2的逆变器电流值并发送至主控器4；

主控器4中预设一正常工作区间和一电流控制值；

直流变换器变系数功率补偿方法包括：

步骤s1，主控器4判断高压侧电压值是否处于所述正常工作区间内：

若是，则转至步骤s2；

若否，则主控器4输出故障信号，随后退出；

步骤s2，主控器4对高压侧电压、变换器电流值和逆变器2电流值进行变系数处理，得到dcdc变换器1的功率补偿系数；

步骤s3，主控器4对功率补偿系数进行比例调节得到调节结果，并根据调节结果更新电流控制值；

步骤s4，主控器4根据电流控制值和变换器电流值进行处理，得到一电压控制值；

步骤s5，主控器4根据电压控制值生成一控制信号并将控制信号输出至dcdc变换器1，控制dcdc变换器1的工作状态。

具体的，利用主控器4控制dcdc变换器1的功率时，首先需要获取dcdc变换器1此时的高压侧电压值和电流值、逆变器2的电流值，此处选取多个采集装置采集dcdc变换器1和逆变器2的电流电压值并输送至主控器4，主控器4再根据此时的电流电压值对dcdc变换器1进行控制，才能实现功率补偿系数的实时控制。

具体的，主控器4对高压侧电压值进行判断，判断高压侧电压值是否处于正常工作区间内，此时的正常工作区间与通常状态下的dcdc变换器1的正常工作区间有所区别，此处的正常工作区间是指dcdc变换器1能够调节的电压范围。于此处，可将dcdc变换器1的高压侧电压划分为七个阶段，第一阶段为正常区，该电压范围在550v至580v，此时的dcdc变换器1处于待机状态，也是通常状态下的dcdc变换器1的工作区间，第二阶段为第一偏低区，该电压范围在535v至550v，dcdc变换器1将超级电容3系统的能量释放给高压侧直流母线；第三阶段为第二偏低区，该电压范围在510v至535v，dcdc变换器1将超级电容3系统的能量快速释放给高压侧直流母线；第四阶段为第二偏高区，该电压范围在580v至595v，dcdc变换器1将能量存储在超级电容3中；第五阶段为第二偏高区，该电压范围在580v至595v，dcdc变换器1将能量迅速存储在超级电容3中；第六阶段为偏低区，该电压范围为低于510v，dcdc变换器1的高压侧电压值过低；第七阶段为偏低区，该电压范围为高于620v，dcdc变换器1的高压侧电压值过高。而此处设置的正常工作区为510v到620v，处于该区间内的电压范围都能通过变系数功率控制dcdc变换器1的状态，实现正常的工作，这一步骤扩大dcdc变换器1的正常工作的电压范围。

进一步地，dcdc变换器1中可设置dcdc变换器1主控单元，dcdc变换器1主控单元可以获取dcdc变换器1的的高压侧电压值和电流值，将主控器4与dcdc变换器1主控单元连接，以获取实时dcdc变换器1的的高压侧电压值和电流值，并对其进行数值处理。

本发明的一种较优实施例中，步骤s2采用下述公式实现：

其中，δ用于表示功率补偿系数；

iinv用于表示逆变器电流值；

用于表示主控器4预设的所述高压侧电压设定值；

udc用于表示高压侧电压值；

用于表示电流控制值；

idc用于表示逆变器电流值；

iinvn用于表示主控器4预设的逆变器额定电流值。

具体的，步骤2中，主控器4采用公式(1)对高压侧电压值、变换器电流值和逆变器2电流值进行变系数运算，得到dcdc变换器1的功率补偿系数。

本发明的一种较优实施例中，步骤s3，如图2所示，中包括：

步骤s31，主控器4对高压侧电压和高压侧电压设定值进行电压处理，得到一电流调节值；

步骤s32，主控器4根据电流调节值和功率补偿系数处理得到一电流参考值；

步s33，主控器4对电流参考值进行限幅处理，得到处理结果并作为所述电流控制值。

具体的，主控器4在得到功率补偿系数后，还需要对功率补偿系数进行乘法运算、限幅运算等，才能得到最终的电流控制值。

本发明的一种较优实施例中，步骤s31采用下述公式实现：

其中，用于表示电流调节值；

kp用于表示电压环比例系数；

用于表示高压侧电压设定值；

udc用于表示高压侧电压值；

ti用于表示电压环积分系数。

具体的，步骤s31中，主控器4根据实时获取的高压侧电压值进行电压处理时，可选用一电压pi调节器，采取公式(2)的调节处理，即可获取电流调节值。

本发明的一种较优实施例中，步骤s32采用下述公式实现：

其中，用于表示电流参考值；

用于表示电流调节值；

δ用于表示功率补偿系数。

具体的，步骤s32中，主控器4采用公式(3)进行处理，首先根据电流调节值和功率补偿系数，进行乘法运算，此处可选用一乘法器，乘法器的输入端为电流调节值和功率补偿系数，即可输出乘法运算结果，再与电流调节值相加，即可得到最终的电流参考值。

本发明的一种较优实施例中，步骤s33采用下述公式实现：

其中，用于表示电流控制值；

imax用于表示主控器4预设的电流限幅值；

用于表示电流参考值。

具体的，步骤s33中，主控器4采用公式(4)根据电流限幅值，对电流参考值进行限幅处理，即可输出限幅结果，将限幅结果作为电流控制值输出。

本发明的一种较优实施例中，步骤s4采用下述公式实现：

其中，用于表示电压控制值；

kp2用于表示电流环比例系数；

用于表示电流控制值；

idc用于表示变换器电流值；

ti2用于表示电流环积分系数。

具体的，主控器4根据实时获取的变换器电流值和电流控制值进行处理，此处可选用一电流pi调节器，采取公式(5)的处理运算，即可获取电压调节值，将获取的电压调节值作为电压控制值输出。

一种直流变换器变系数功率补偿系统，其特征在于，应用如上述的一种变系数功率补偿控制方法，用于控制dcdc变换器1，于dcdc变换器1的高压侧连接一逆变器2，dcdc变换器1的低压侧连接一超级电容3；

控制系统中包括：

第一采集装置，第一采集装置接入dcdc变换器1，用于采集dcdc变换器1的高压侧电压值并发送至一主控器4；

第二采集装置，第二采集装置接入dcdc变换器1，用于采集dcdc变换器1的变换器电流值并发送至主控器4；

第三采集装置，第二采集装置接入逆变器2，用于采集逆变器2的逆变器2电流值并发送至主控器4；

主控器4，主控器4与第一采集装置、第二采集装置和第三采集装置连接，用于获取高压侧电压值、变换器电流值和直流电流值，主控器4中预设一正常工作区间值和一电流控制值；

主控器4中，如图3和图4所示，还包括：

一判断单元41，判断单元41判断高压侧电压值是否处于正常工作区间内；

一变系数处理单元42，变系数处理单元42与判断单元41连接，根据判断结果对高压侧电压值、变换器电流值和逆变器2电流值进行变系数运算，得到一功率补偿系数；

一比例调节单元43，比例调节单元与变系数处理单元42连接，用于获取功率补偿系数并对功率补偿系数进行比例调节，得到调节结果，并根据所述运算结果更新所述电流控制值；

一处理单元44，处理单元44与比例调节单元43连接，用于获取电流控制值并根据变换器电流值对电流控制值进行处理，得到一电压控制值；

一控制单元45，控制单元45分别与处理单元44、dcdc变换器1连接，用于根据电压控制值生成一控制信号，对将控制信号输出至dcdc变换器1，控制dcdc变换器1的工作状态。

具体的，主控器4包括判断单元41，判断高压侧电压值是否处于正常工作区间值内，若此时的高压侧电压值处于正常工作区间值内，则对其进行变系数处理，若否，则主控器4输出故障信号，若是，则主控器4采用变系数处理单元42，进行变系数处理，得到功率补偿系数。

具体的，在一般恒流控制的基础上根据高压侧电压值与高压侧电压设定值之间的偏差值不断调节功率补偿系数，并利用补偿系数和比例调节确定电流控制值。当偏差值差较小，即功率流动较小时，减小功率补偿系数值，提高系统动态性能；当偏差值较大，即功率流动较大时，增加功率补偿控制系数，以偏差值。同时通过对dcdc变换器1功率补偿系数和限幅调节可进一步控制其充放电功率大小，以提高dcdc变换器1的利用率，使整个系统能够长期安全稳定的运行。

进一步地，如图5所示，控制系统中可包括cms管理7和3g系统8，控制器将故障信号通过cms管理7和3g系统8，发送至工作人员处，工作人员接收到故障信号即可对整流桥6、dcdc变换器1、逆变器2、超级电容3进行相应的故障调节。

进一步地，dcdc变换器1的高压侧可连接一制动电阻9，可起到故障调节的功能。

本发明的一种较优实施例中，处理单元43中包括：

一第一处理单元431，第一处理单元431与第一采集装置连接，用于获取高压侧电压值，并对高压侧电压设定值和高压侧电压值进行电压运算，得到一电流调节值；

一第二处理单元432，第二处理单元432分别与变系数处理单元42、第一处理单元431连接，用于获取功率补偿系数和电流调节值，并对功率补偿系数和电流调节值，进行处理，得到一电流参考值；

一第三处理单元433，第三处理单元433与第二处理单元432连接，用于根据主控器4中预设的电流限幅值，对电流参考值进行限幅处理，得到电流控制值。

具体的，处理单元43中包括第一处理单元431、第二处理单元432和第三处理单元433，第一处理单元431中采用一电压pi调节器，第二处理单元432中采用一乘法器，第三处理单元433中采用一限幅器，主控器4通过处理单元43能够获取功率补偿系数并对功率补偿系数进行处理，并根据处理结果更新电流控制值，以此实现实时功率调节的功能。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。