CN109861534A - 直流电压暂降补偿装置和直流电压暂降补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直流电压暂降补偿装置、控制器、直流电压暂降补偿方法。其中，直流电压暂降补偿装置，包括：第一开关管、第一开关管反并联二极管、第二开关管、第二开关管反并联二极管、电感和超级电容器组和控制器，第一开关管与第一开关管反并联二极管并联连接，第二开关管与第二开关管反并联二极管并联连接，该超级电容器组作为储能单元，该电感、该第一开关管及其反并联二极管和该第二开关管及其反并联二极管组成双向DC/DC拓扑电路进行充放电，实现能量双向流动。通过上述方式，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

Description

直流电压暂降补偿装置和直流电压暂降补偿方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种直流电压暂降补偿装置和直流电压暂降补偿方法。

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。现有的一种抑制电压跌落的措施是在负载侧加装补偿设备，而在负载侧安装DVR(Dynamic VoltageRegulator，直流电压暂降补偿装置)是目前平衡负载电压最有效的措施之一。

请参见图1，图1是现有电压暂降补偿装置的结构示意图。如图1所示，该电压暂降补偿装置包括储能单元、逆变单元、滤波器、串联变压器及为储能单元充电的充电电路。其中，充电电路可以在电网电压正常时为储能单元充电，储能单元后接逆变单元，将直流电转换成交流电，逆变单元后接滤波器，用于滤除高次谐波，滤波器后经变压器将该电压暂降补偿装置连接到电网中。由于单相接地是电力***最常见的故障，该电压暂降补偿装置中的逆变单元常常需要采用三个独立的单相逆变器，可为线路注入正序、负序和零序电压。该电压暂降补偿装置的工作原理包括当电网电压正常时，充电电路可以为储能单元充电，当电网电压跌落时，逆变单元工作，将直流电转换为交流电，再经变压器与负载串联，为负载提供相位和幅值均可调的交流电压，达到抑制变频器母线电压跌落的目的。但是，现有的电压暂降补偿装置需要三个独立的单相逆变器和额外的充电电路，导致现有的电压暂降补偿装置结构复杂、体积大和成本高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种直流电压暂降补偿装置和直流电压暂降补偿方法，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

本发明实施例一方面，提供一种直流电压暂降补偿装置，包括：

第一开关管、第一开关管反并联二极管、第二开关管、第二开关管反并联二极管、电感、超级电容器组和控制器；

第一开关管与第一开关管反并联二极管并联连接，第二开关管与第二开关管反并联二极管并联连接，超级电容器组、电感和第一开关管依次串联构成的回路作为一个整体与第二开关管串联连接，然后用于接在变频器直流母线两端；

电感、第一开关管、第一开关管反并联二极管、第二开关管及第二开关管反并联二极管组成双向DC/DC拓扑电路进行充放电，控制器的第一输入端接入超级电容器组的电压信号，控制器的第二输入端用于接入变频器直流母线的电压信号，控制器的输出端分别连接第一开关管和第二开关管，用于根据变频器直流母线电压信号和超级电容器组两端的电压信号控制第一开关管和第二开关管的通断状态。

另一方面，本发明实施例还提供了一种直流电压暂降补偿方法，包括：

采样变频器直流母线的电压信号和超级电容器组两端的电压信号，采样双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号；

根据监测的变频器直流母线电压状态和超级电容器组的状态、变频器直流母线的电压信号、超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波或第二调制波；

根据第一调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，并采用第一驱动信号控制第一开关管的开通和关断，或，根据第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并采用第二驱动信号控制第二开关管的开通和关断。

在其中一个实施例中，监测变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

将变频器直流母线的电压信号与暂降电压阈值进行比较；

将超级电容器组的电压信号和满电压预设值进行比较；

根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态。

在其中一个实施例中，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若变频器直流母线的电压高于暂降电压阈值并且超级电容器组两端的电压低于满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组未充满电。

在其中一个实施例中，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若变频器直流母线的电压高于暂降电压阈值并且超级电容器组两端的电压不低于满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组充满电。

在其中一个实施例中，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若变频器直流母线的电压低于暂降电压阈值，则判定当前变频器直流母线的电压跌落。

在其中一个实施例中，根据变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、变频器直流母线的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波，包括：

若当前变频器直流母线的电压跌落，则控制第二开关管关断，使第二开关管反并联二极管连入电路；

根据变频器直流母线的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号按预设的第一调制波生成模型生成第一调制波U_m1，预设的第一调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp1*(U_dc-U_{f_dc})+K_Vi1*∑(U_dc-U_{f_dc})；

U_m1＝K_Ip1*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii1*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp1为预设的电压环比例系数，K_Vi1为预设的电压环积分系数，U_dc为暂降电压阈值，U_{f_dc}为采样得到的变频器直流母线的电压信号，I_ref为电流给定，I_{f_L}为采样得到的电感的电流信号，K_Ip1为预设的电流环比例系数，K_Ii1为预设的电流环积分系数。

在其中一个实施例中，根据变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感电流，生成第二调制波U_m2，包括：

若当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组未充满电，则控制第一开关管关断，使第一开关管反并联二极管连入电路；

根据超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号按预设的第二调制波生成模型生成第二调制波U_m2，预设的第二调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp2*(U_sc-U_{f_sc})+K_Vi2*∑(U_sc-U_{f_sc})；

U_m2＝K_Ip2*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii2*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp2为预设的电压环比例系数，K_Vi2为预设的电压环积分系数，U_sc为满电压预设值，U_{f_sc}为采样得到的超级电容器组的电压信号，I_ref为电流给定，I_{f_L}为采样得到的电感的电流信号，K_Ip2为预设的电流环比例系数，K_Ii2为预设的电流环积分系数。

在其中一个实施例中，暂降电压阈值设置为保证电动机正常运行时的变频器母线的最低电压和变频器母线额定电压的中间值。

在其中一个实施例中，满电压预设值设置为超级电容器组两端电压的额定电压。

可以发现，以上方案，该直流电压暂降补偿装置适用于含有直流母线支持直流供电的变频器，其优点是无需改变其交流供电回路，同时可以通过控制该第一开关管和该第二开关管的开通和关断，使变频器直流母线电压在正常时，通过变频器直流母线向该超级电容器组充电，使变频器直流母线电压在跌落时，该超级电容器组通过同一套电路向变频器直流母线放电，使得能量能够双向流动，不需要额外的充电设备，减小了电压暂降补偿装置的体积，降低了成本。

进一步的，以上方案，该直流电压暂降补偿装置可以直接从该变频器直流母线侧进行补偿，只需要采集该变频器直流母线侧及该超级电容器组两端的电压，采样数据少，数据分析简单，同时采样窗口可以小一些，能够实现反应速度更快、动态效应更好。

进一步的，以上方案，该直流电压暂降补偿装置可以通过该超级电容器组作为储能单元，该超级电容器组的能量密度大，储能高，可以大大降低储能单元的体积；并且，该超级电容器组充放电速度快，能够实现更好更快地应对直流电压暂降问题。

进一步的，以上方案，该直流电压暂降补偿装置由于升压电路的存在，相比于现有的直流电压暂降补偿装置，该超级电容器组的电压可以下降得更低，要释放相同的能量时，该超级电容器组的电容值要小。

进一步的，以上方案，该控制器可以采用上述直流暂降补偿方法控制第一开关管和第二开关管的开通和关断，使变频器直流母线电压正常时，通过变频器直流母线向该超级电容器组充电，使变频器直流母线电压跌落时，该超级电容器组通过同一套电路向变频器直流母线放电，使得能量能够双向流动，不需要额外的充电设备，进一步减少了直流电压暂降补偿装置的体积和成本，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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是现有电压暂降补偿装置的结构示意图；

图2是本发明直流电压暂降补偿装置一实施例的结构示意图；

图3是本发明控制器一实施例的结构示意图；

图4是本发明直流电压暂降补偿方法一实施例的流程示意图；

图5是本发明一实施例中监测所述变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤的流程示意图；

图6是本发明直流电压暂降补偿方法另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种直流电压暂降补偿装置，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

请参见图2，图2是本发明直流电压暂降补偿装置一实施例的结构示意图。如图2所示，该直流电压暂降补偿装置20包括：第一开关管27、第一开关管反并联二极管28、第二开关管29、第二开关管反并联二极管210、电感211、超级电容器组212和控制器213。第一开关管27与第一开关管反并联二极管28并联连接，第二开关管29与第二开关管反并联二极管210并联连接，超级电容器组212、电感211和第一开关管27依次串联构成的回路作为一个整体与第二开关管29串联连接，然后用于接在变频器22直流母线两端；电感211、第一开关管27、第一开关管反并联二极管28、第二开关管29及第二开关管反并联二极管210组成双向DC/DC拓扑电路进行充放电，控制器213的第一输入端分别连接超级电容器组212的两端，控制器213的第二输入端用于分别连接变频器22直流母线的两端，控制器213的输出端分别连接第一开关管27和第二开关管29，用于根据变频器22直流母线电压和超级电容器组212两端的电压控制第一开关管27和第二开关管29的通断状态。

其中，作为本发明实施例提供的直流电压暂降补偿装置20的应用场景，变频器22包括整流器23、直流母线电容24和逆变器25。

该整流器23用于与该交流电源21串联连接，该整流器23还与该逆变器25串联连接，该直流母线电容24与该变频器22的直流母线两端相连接，该逆变器25与该整流器23、该电动机26分别相串联连接。

对于直流电压暂降补偿装置来说，其中的超级电容器组212作为储能单元，该电感211、该第一开关管27及其反并联二极管28和该第二开关管29及其反并联二极管210组成双向DC\DC拓扑电路进行充放电，能够实现能量双向流动。控制器213根据该变频器22的直流母线电容24的电压和该超级电容器组212两端的电压控制该双向DC/DC拓扑电路的第一开关管27和第二开关管29的通断状态。

当变频器直流母线的电压跌落时，该第二开关管29关断，该第二开关管反并联二极管210连接入电路中，该控制器213采样该变频器直流母线的电压信号U_{f_dc}和该超级电容器组212两端的电压信号U_{f_sc}，并根据获取的变频器直流母线的电压信号U_{f_dc}和电感的电流信号I_{f_L}按预设的第一调制波生成模型生成第一调制波U_m1，预设的第一调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp1*(U_dc-U_{f_dc})+K_Vi1*∑(U_dc-U_{f_dc})；

U_m1＝K_Ip1*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii1*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp1为预设的电压环比例系数，K_Vi1为预设的电压环比例系数，U_dc为暂降电压阈值，U_{f_dc}为该采样得到的直流母线电容电压，I_ref为电流给定，I_{f_L}为该采样得到的电感211电流，K_Ip1为预设的电流环比例系数，K_Ii1为预设的电流环比例系数。

该控制器213，可以根据该调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，控制该第一开关管27的开通和关断，此时该电感、该第一开关管27及其反并联二极管28和该第二开关管反并联二极管210组成升压电路，该超级电容器组为该变频器22逆变侧供电，防止该电动机26供电电压跌落。

当变频器直流母线的电压正常，且该超级电容器组212未充满电时，控制器213可以控制该第一开关管27关断，使该第一开关管反并联二极管28连接入电路中，控制器213采样该变频器22直流母线电压和该超级电容器组212两端的电压，并根据获取的电信号按预设的第二调制波生成模型生成第二调制波U_m2，预设的第二调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp2*(U_sc-U_{f_sc})+K_Vi2*∑(U_sc-U_{f_sc})；

U_m2＝K_Ip2*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii2*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp2为预设的电压环比例系数，K_Vi2为预设的电压环积分系数，U_sc为预设超级电容器组电压值，U_{f_sc}为该采样得到的超级电容器组212的电压，I_ref为电流给定，I_{f_L}为该采样得到的电感211电流，K_Ip2为预设的电流环比例系数，K_Ii2为预设的电流环积分系数。

然后该控制器213，可以根据第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并输出第二驱动信号至第二开关管29，以控制该第二开关管29的开通和关断，此时该电感211、该第一开关管反并联二极管28和该第二开关管29及其反并联二极管210组成降压电路，该变频器22为该超级电容器组212充电。

当变频器直流母线的电压正常，且该超级电容器组212充满电时，控制器213控制该第一开关管27和该第二开关管29均关断，该超级电容器组212的电压小于该变频器22的直流母线电压，该电动机26仅由交流电源为其供电。

在本实施例中，该第一开关管27可以为诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等功率晶体管，本发明不加以限定。

在本实施例中，第二开关管29可以为诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT，InsulatedGate Bipolar Transistor)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等功率晶体管。

可选地，该直流电压暂降补偿装置中的控制器213，还可以用于：采样该变频器25直流母线电压和该超级电容器组212两端的电压并将该采样数据送入单片机中，和分析该采样数据，分别将该变频器25直流母线的电压信号和暂降电压阈值进行比较、将超级电容器组212两端的电压信号与满电压预设值比较，得到比较结果，以及根据该比较结果判断当前变频器直流母线的电压工作状态。

可选地，该暂降电压阈值，可以是保证该电动机26正常运行时的该变频器25母线的最低电压和该变频器25母线额定电压的中间值等。关于该暂降电压阈值的大小，本发明不加以限定。

可选地，该满电压预设值，可以是该超级电容器组212两端电压的额定电压。关于该满电压预设值的大小，本发明不加以限定。

可选地，该控制器213，可以具体用于：采样该变频器25直流母线的电压信号和该超级电容器组212两端的电压信号，并分别与该暂降电压阈值和该满电压预设值对应比较，在比较出该变频器25直流母线的电压信号高于该暂降电压阈值并且该超级电容器组212两端的电压信号低于该满电压预设值时，则判断当前变频器直流母线的电压正常并且判断该超级电容器组212未充满电。

可选地，该控制器213还可以用于在比较出该变频器25直流母线电压高于该暂降电压阈值并且该超级电容器组212两端的电压不低于该满电压预设值时，则判断当前变频器直流母线的电压正常并且判断该超级电容器组212充满电。

可选地，该控制器213还可以具体用于在比较出该变频器25直流母线电压低于该暂降电压阈值时，则判断当前变频器直流母线的电压跌落并且判断该超级电容器组212为该变频器25的逆变侧供电。

本发明还提供一种控制器，能够实现可以通过控制第一开关管反并联二极管28和第二开关管反并联二极管210的开通和关断，在变频器直流母线的电压正常时，变频器直流母线为超级电容器组充电，在变频器直流母线的电压跌落时，超级电容器组可以通过同一套电路进行放电，使得能量能够双向流动，不需要额外的充电设备，进一步减少了直流电压暂降补偿装置的体积和成本，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

请参见图3，图3是本发明控制器一实施例的结构示意图。本实施例中，该控制器30为上述实施例中的控制器，该控制器30包括信号采集模块31、计算机设备32、驱动信号生成模块33。

该信号采集模块31，用于采样该变频器25直流母线的电压和该超级电容器组212的电压，采样该双向DC\DC拓扑电路的电感211电流。

该计算机设备32，用于根据监测的变频器直流母线电压状态和超级电容器组状态、变频器直流母线的电压信号和该超级电容器组212的电压信号判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组212电压状态，从而决定该直流电压暂降补偿装置20的工作状态，并生成该第一调制波或第二调制波。

该驱动信号生成模块33，用于根据该生成的第一调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，并控制该第一开关管27的开通和关断，或，根据该生成的第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并控制该第二开关管29的开通和关断。

可选地，该计算机设备32，可以包括存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的指令，该处理器执行该指令时能实现该控制器的功能。

本发明还提供一种直流电压暂降补偿方法，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

请参见图4，图4是本发明直流电压暂降补偿方法一实施例的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图4所示的流程顺序为限。如图4所示，该方法包括如下步骤：

S401：采样变频器直流母线的电压信号和超级电容器组两端的电压信号，采样双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号。

S402：根据监测的变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、变频器直流母线的电压信号、超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波或第二调制波。

S403：根据第一调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，并采用第一驱动信号控制第一开关管的开通和关断，或，根据第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并采用第二驱动信号控制第二开关管的开通和关断。

在其中一个实施例中，如图5所示，监测变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤可以包括：

S4021：将变频器直流母线的电压信号与暂降电压阈值进行比较；

S4022：将超级电容器组的电压信号和满电压预设值进行比较；

S4023：根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态。

具体的，根据采样的该变频器22直流母线的电压信号和该超级电容器组212的电压信号，将采样的该变频器22直流母线的电压信号和该超级电容器组212的电压信号，分别与暂降电压阈值和满电压预设值对应比较得到比较结果，根据该得到的比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组212电压状态，从而决定该直流电压暂降补偿装置20的工作状态。

在其中一个实施例中，如图6所示，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

S40231：若变频器直流母线的电压低于暂降电压阈值，则判定当前比变频器直流母线的电压跌落。

将采样的该变频器22直流母线的电压和该超级电容器组212的电压信号分别与该变频器22的直流母线电压的暂降电压阈值和该超级电容器组212两端电压的满电压预设值比较得到比较结果，在该得到的比较结果是该变频器22直流母线电压低于该暂降电压阈值时，判定当前变频器直流母线的电压跌落并且该超级电容器组212为该变频器22的逆变侧供电。

在其中一个实施例中，如图6所示，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

S40233：若变频器直流母线的电压高于暂降电压阈值并且超级电容器组两端的电压信号低于满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组未充满电。

采样该变频器22直流母线的电压信号和该超级电容器组212的电压信号和该双向DC\DC拓扑电路的电感电流，然后分别将变频器22直流母线的电压信号和该超级电容器组212的电压信号与暂降电压阈值和满电压预设值对应比较，在比较结果是该变频器22直流母线的电压信号高于该暂降电压阈值并且该超级电容器组212两端的电压信号低于该满电压预设值时，从而判定当前变频器直流母线的电压正常并且该超级电容器组212未充满电。

在其中一个实施例中，如图6所示，根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组状态的步骤包括：

S40232：若变频器直流母线的电压高于暂降电压阈值并且超级电容器组两端的电压不低于满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组充满电。

将采样的该变频器22直流母线的电压和该超级电容器组212的电压和根据采样的该双向DC\DC拓扑电路的电感电流分别与该变频器22的直流母线电压的暂降电压阈值和该超级电容器组212两端电压的满电压预设值比较得到比较结果，在该得到的比较结果是该变频器22直流母线电压高于该暂降电压阈值并且该超级电容器组212两端的电压不低于该满电压预设值时，判定当前变频器直流母线的电压正常并且该超级电容器组212充满电。

在其中一个实施例中，如图6所示，该根据变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、变频器直流母线的电压信号、超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波的步骤，可以包括：

S4024：若当前变频器直流母线的电压跌落，则控制第二开关管关断，使第二开关管反并联二极管连入电路；

S4025：根据变频器直流母线的电压信号U_{f_dc}和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号I_{f_L}按预设的第一调制波生成模型生成第一调制波U_m1，预设的第一调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp1*(U_dc-U_{f_dc})+K_Vi2*∑(U_dc-U_{f_dc})；

U_m1＝K_Ip1*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii1*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp1为预设的电压环比例系数，K_Vi1为预设的电压环积分系数，U_dc为预设母线电容电压值，U_{f_dc}为采样得到的变频器直流母线的电压，I_ref为电流给定，I_{f_L}为采样得到的电感电流，K_Ip1为预设的电流环比例系数，K_Ii1为预设的电流环积分系数。

在生成第一调制波后，还包括步骤：

S4208：根据第一调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，并采用第一驱动信号控制第一开关管的开通和关断。

其中，该暂降电压阈值设置可以为保证该电动机26正常运行时的该变频器22母线的最低电压和该变频器22母线额定电压的中间值。

其中，该满电压预设值可以设置为超级电容器组212两端电压的额定电压。

其中，如图6所示，根据变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第二调制波U_m2可以包括：

S4026：若当前变频器直流母线的电压正常并且超级电容器组未充满电时，则控制第一开关管关断，使第一开关管反并联二极管连入电路；

S4027：根据超级电容器组两端的电压信号U_{f_sc}和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号I_{f_L}按预设的第二调制波生成模型生成第二调制波U_m2，预设的第二调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp2*(U_sc-U_{f_sc})+K_Vi2*∑(U_sc-U_{f_sc})；

U_m2＝K_Ip2*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii2*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp2为预设的电压环比例系数，K_Vi2为预设的电压环积分系数，U_sc为满电压预设值，U_{f_sc}为采样得到的超级电容器组的电压信号，I_ref为电流给定，I_{f_L}为采样得到的电感的电流信号，K_Ip2为预设的电流环比例系数，K_Ii2为预设的电流环积分系数。

在生成第二调制波后，还包括步骤：

S4029：根据第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并采用第二驱动信号控制第二开关管的开通和关断。

此外，若设该超级电容器组212的电容为C，放电前电压为U₁，经Δt时间放电后电压为U₂，设该电动机26输入功率为P，那么有(1)式：

在本实施例中，为防止过调制，通常储能单元即该超级电容器组212两端的电压要保证大于该逆变器22的输出电压，导致储能单元即该超级电容器组212电压变化范围较窄，要输出相同的能量，由上述(1)式可知电容容值必须较大，导致储能单元体积较大。在本实施例中，由于当该超级电容器组212为负载供电时，电路工作于boost升压状态，该超级电容器组212两端的电压可以下降得很低，即该超级电容器组212两端的电压变换范围较宽，要输出相同的能量，由上述(1)式可知电容容值可以较小一些，使得储能单元即该超级电容器组212体积较小，大大降低了储能成本。

可以发现，以上方案，该直流电压暂降补偿装置适用于含有直流母线支持直流供电的变频器，其优点是无需改变其交流供电回路，同时可以通过控制该第一开关管和该第二开关管的开通和关断，使变频器直流母线电压在正常时，通过变频器直流母线向该超级电容器组充电，使变频器直流母线电压在跌落时，该超级电容器组通过同一套电路向变频器直流母线放电，使得能量能够双向流动，不需要额外的充电设备，减小了电压暂降补偿装置的体积，降低了成本。

进一步的，以上方案，该直流电压暂降补偿装置可以直接从该变频器直流母线侧进行补偿，只需要采集该变频器直流母线侧及该超级电容器组两端的电压，采样数据少，数据分析简单，同时采样窗口可以小一些，能够实现反应速度更快、动态效应更好。

进一步的，以上方案，该直流电压暂降补偿装置由于升压电路的存在，相比于现有的直流电压暂降补偿装置，该超级电容器组的电压可以下降得更低，要释放相同的能量时，该超级电容器组的电容值要小。

进一步的，以上方案，该控制器可以通过控制第一开关管和第二开关管的开通和关断，使变频器直流母线电压正常时，通过变频器直流母线向该超级电容器组充电，使变频器直流母线电压跌落时，该超级电容器组通过同一套电路向变频器直流母线放电，使得能量能够双向流动，不需要额外的充电设备，进一步减少了直流电压暂降补偿装置的体积和成本，能够实现直流电压暂降补偿装置的结构简单、体积小和成本低。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电压暂降补偿装置，其特征在于，包括：

第一开关管、第一开关管反并联二极管、第二开关管、第二开关管反并联二极管、电感、超级电容器组和控制器；

所述第一开关管与所述第一开关管反并联二极管并联连接，所述第二开关管与所述第二开关管反并联二极管并联连接，所述超级电容器组、所述电感和所述第一开关管依次串联构成的回路作为一个整体与所述第二开关管串联连接，然后用于接在变频器直流母线两端；

所述电感、所述第一开关管、所述第一开关管反并联二极管、所述第二开关管及所述第二开关管反并联二极管组成双向DC/DC拓扑电路进行充放电，所述控制器的第一输入端接入所述超级电容器组的电压信号，所述控制器的第二输入端用于接入所述变频器直流母线的电压信号，所述控制器的输出端分别连接所述第一开关管和所述第二开关管，用于根据所述变频器直流母线电压信号和所述超级电容器组两端的电压信号控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断状态。

2.一种直流电压暂降补偿方法，其特征在于，包括：

采样变频器直流母线的电压信号和超级电容器组两端的电压信号，采样双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号；

根据监测的变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态、所述变频器直流母线的电压信号、所述超级电容器组的电压信号和所述双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波或第二调制波；

根据所述第一调制波与预设的三角波生成第一驱动信号，并采用所述第一驱动信号控制第一开关管的开通和关断，或，根据所述第二调制波与预设的三角波生成第二驱动信号，并采用所述第二驱动信号控制第二开关管的开通和关断。

3.如权利要求2所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，监测所述变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

将所述变频器直流母线的电压信号与暂降电压阈值进行比较；

将所述超级电容器组的电压信号和满电压预设值进行比较；

根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态。

4.如权利要求3所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若所述变频器直流母线的电压高于所述暂降电压阈值并且所述超级电容器组两端的电压低于所述满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且所述超级电容器组未充满电。

5.根据权利要求3所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若所述变频器直流母线的电压高于所述暂降电压阈值并且所述超级电容器组两端的电压不低于所述满电压预设值，则判定当前变频器直流母线的电压正常并且所述超级电容器组充满电。

6.如权利要求3所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述根据比较结果，判断变频器直流母线电压状态和超级电容器组电压状态的步骤包括：

若所述变频器直流母线的电压低于所述暂降电压阈值，则判定当前变频器直流母线的电压跌落。

7.如权利要求6所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述根据所述变频器直流母线状态和超级电容器组电压状态、所述变频器直流母线的电压信号和所述双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号，生成第一调制波，包括：

若当前变频器直流母线的电压跌落，则控制所述第二开关管关断，使所述第二开关管反并联二极管连入电路；

根据所述变频器直流母线的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号按预设的第一调制波生成模型生成第一调制波U_m1，所述预设的第一调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp1*(U_dc-U_{f_dc})+K_Vi1*∑(U_dc-U_{f_dc})；

U_m1＝K_Ip1*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii1*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp1为预设的电压环比例系数，K_Vi1为预设的电压环积分系数，U_dc为暂降电压阈值，U_{f_dc}为所述采样得到的变频器直流母线的电压信号，I_ref为电流给定，I_{f_L}为所述采样得到的电感的电流信号，K_Ip1为预设的电流环比例系数，K_Ii1为预设的电流环积分系数。

8.如权利要求4所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述根据所述变频器直流母线和超级电容器组电压状态、所述超级电容器组的电压信号和所述双向DC\DC拓扑电路的电感电流，生成第二调制波U_m2，包括：

若当前变频器直流母线的电压正常并且所述超级电容器组未充满电，则控制所述第一开关管关断，使所述第一开关管反并联二极管连入电路；

根据所述超级电容器组的电压信号和双向DC\DC拓扑电路的电感的电流信号按预设的第二调制波生成模型生成第二调制波U_m2，所述预设的第二调制波生成模型为：

I_ref＝K_Vp2*(U_sc-U_{f_sc})+K_Vi2*∑(U_sc-U_{f_sc})；

U_m2＝K_Ip2*(I_ref-I_{f_L})+K_Ii2*∑(I_ref-I_{f_L})；

其中，K_Vp2为预设的电压环比例系数，K_Vi2为预设的电压环积分系数，U_sc为满电压预设值，U_{f_sc}为所述采样得到的超级电容器组的电压信号，I_ref为电流给定，I_{f_L}为所述采样得到的电感的电流信号，K_Ip2为预设的电流环比例系数，K_Ii2为预设的电流环积分系数。

9.如权利要求2-8中任一项所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述暂降电压阈值设置为保证电动机正常运行时的所述变频器母线的最低电压和所述变频器母线额定电压的中间值。

10.如权利要求2-8中任一项所述的直流电压暂降补偿方法，其特征在于，所述满电压预设值设置为所述超级电容器组两端电压的额定电压。