CN113381414B - 基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法 - Google Patents

基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法,应用于超级电容储能的动态电压恢复器，包括以下控制方式：超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC‑DC直流侧电压恒定，再通过DC‑DC电路以恒功率向超级电容充电；电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC‑DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC‑DC高压侧电压恒定。本发明使超级电容储能型动态电压恢复器电压补偿精度与响应速度得到提升，有利于增强负载端供电电压稳定性。

Description

基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法
技术领域
本发明涉及电网防护技术领域，尤其涉及一种基于超级电容储能的动态电压恢复器在电网电压跌落下的电压补偿控制方法。
背景技术
电压跌落是发生频率最高、影响最严重、造成经济损失最大的一类动态电能质量问题，日本关西电力公司统计结果显示：大多数电压骤降为跌幅20％以内、持续时间100ms以内的故障。虽然动态电能质量劣化持续的时间不长，但给敏感设备和敏感用户造成的后果和经济损失却是很严重。
储能型DVR(Dynamic Voltage Restorer，动态电压恢复器)具有高能量密度，快速充放电，寿命长，无污染等特点。从1998年至今，世界上很多国家对DVR的研究非常活跃，尤其一些发达国家像美、日、德等，都较早地开展了这方面的研究工作。但是电网电压可能发生的故障类型复杂且检测困难，同时DVR作为一种补偿电压跌落的装置，对控制策略的动态响应要求很高。
因此研究一种切实可行的超级电容储能型动态电压恢复器控制方法，对于推广储能***在配电网电能电压跌落抑制的应用显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，用以解决电网电压可能发生的故障类型复杂且检测困难，采用DVR作为补偿电压跌落的装置，对控制策略的动态响应难以满足使用要求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，应用于包括以下组件的超级电容储能的动态电压恢复器：变压器、LC滤波电路、逆变H桥单元、直流侧电容、Buck-Boost单元和超级电容阵列；包括以下控制方式：
超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC-DC直流侧电压恒定，再通过DC-DC电路以恒功率向超级电容充电；
电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC-DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC-DC高压侧电压恒定。
优选地，动态电压恢复器中，LC滤波电路串联接在逆变H桥单元的输出端，变压器一次侧与LC滤波电路中的电容C并联，二次侧接入电网；三个独立的逆变H桥单元采用直流并联、交流接隔离变压器方式进行连接；三个独立的Buck-Boost单元采用高压端直接并联、低压端经电感交错并联方式进行连接。
优选地，超级电容充电模态中，通过以下两种方式得到PWM信号：
1)当故障诊断单元检测到电网电压稳定，且AC-DC直流侧电压低于工作电压时，从电网中取电，用AC-DC直流侧工作电压参考值减去实际电压Udc再加上功率前馈环节计算得到的变压器一次侧电压有效值uorms得到第一充电指令；功率前馈计算式为：uorms＝usc*isc/iorms，其中，usc为超级电容电压，isc为Buck-Boost单元电感电流，iorms为变压器一次侧电流有效值；第一充电指令为：uref＝(200-Udc)+uorms；
将第一充电指令uref，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；
将滤波电感电压uL，加上滤波电容电压uck，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
2)当故障诊断单元检测电网电压稳定，AC-DC直流侧电压等于工作电压且超级电容电压低于工作电压时，以恒功率向超级电容充电，得到第二充电指令iref；第二充电指令为iref＝1000/usc；usc为超级电容电压；
将第二充电指令iref，减去Buck-Boost单元电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
优选地，电压补偿模态，通过以下方式得到PWM信号：
3)当故障诊断单元检测电网电压跌落时，超级电容放电补偿电网电压，使负载电压稳定：
Ⅰ.对DC-DC部分，指令计算为AC-DC直流侧工作电压参考值减去实际电压，经过G1’(s)信号处理后，获得Buck-Boost单元电感电流isc,再加上功率前馈环节计算得到的Buck-Boost单元电感电流isc得到补偿指令iref；
将补偿指令iref，减去Buck-Boost单元电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除上Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
Ⅱ.对AC-DC部分，指令计算为负载参考电压减去电网实际电压，计算式为：uref＝vLref-vs；
将得到的补偿指令uref，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
优选地，G1(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000031
G2(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000032
G2’(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000033
G1’(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000034
其中，Kp1和Kp2均为比例放大系数；Ki1和Ki2均为积分放大系数。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，通过基于功率前馈的双闭环控制，一方面降低DC-DC输出电感电流纹波，提高超级电容使用寿命，另一方面配合超级电容的短时大功率充放电特性，有利于抑制电压骤降，提升电网电能质量。
2、在优选方案中，本发明的基于超级电容储能的动态电压恢复器的电路拓扑通过功率前馈与电压电流双闭环控制，有效抑制电网电压骤降对敏感负载的影响；三个H桥单元构成DC-AC变换器，控制简单且控制自由度高，可实现分相电压补偿，具有良好的不平衡电压补偿能力；DC-DC变换器采用交错并联Buck-Boost结构，在提高变换器功率传输容量的同时，降低输出电感电流纹波，较少谐波电流流入超级电容储能单元，提高超级电容使用寿命；超级电容储能单元具备可短时大功率充放电特性，有利于抑制由于功率波动带来的电压跌落，提升电网电能质量。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明优选实施例的H桥单相逆变单元控制流程图；
图2为本发明优选实施例的滤波电容变化的***伯德图；
图3为本发明优选实施例的滤波电感变化的***伯德图；
图4为本发明优选实施例的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法的指令计算框图；
图5为本发明优选实施例的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法的控制框图；
图6为本发明优选实施例的AC-DC电压环PI调节器比例放大系数Kp1变化的***伯德图；
图7为本发明优选实施例的AC-DC电流环PI调节器比例放大系数Kp2变化的***伯德图；
图8为本发明优选实施例的AC-DC电压环PI调节器积分放大系数Ki1变化的***伯德图；
图9为本发明优选实施例的AC-DC电流环PI调节器积分放大系数Ki2变化的***伯德图；
图10为本发明优选实施例的DC-DC电压环PI调节器比例放大系数Kp1变化的***伯德图；
图11为本发明优选实施例的DC-DC电流环PI调节器比例放大系数Kp2变化的***伯德图；
图12为本发明优选实施例的DC-DC电压环PI调节器积分放大系数Ki1变化的***伯德图；
图13为本发明优选实施例的DC-DC电流环PI调节器积分放大系数Ki2变化的***伯德图；
图14为本发明优选实施例的超级电容储能的动态电压恢复器的拓扑结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图14，是本实施例中所称的超级电容储能的动态电压恢复器的拓扑结构示意图，而本实施例中的超级电容储能的动态电压恢复器，包括：电网连接端及负载、变压器、LC滤波电路、逆变H桥单元、直流侧电容、Buck-Boost单元和超级电容阵列。其中，LC滤波电路串联接在逆变H桥单元的输出端，变压器一次侧与LC滤波电路中的电容C并联，二次侧接入电网；三个独立的逆变H桥单元采用直流并联、交流接隔离变压器方式进行连接；三个独立的Buck-Boost单元采用高压端直接并联、低压端经电感交错并联方式进行连接。电路拓扑通过功率前馈与电压电流双闭环控制，有效抑制电网电压骤降对敏感负载的影响；三个H桥单元构成DC-AC变换器，控制简单且控制自由度高，可实现分相电压补偿，具有良好的不平衡电压补偿能力；DC-DC变换器采用交错并联Buck-Boost结构，在提高变换器功率传输容量的同时，降低输出电感电流纹波，较少谐波电流流入超级电容储能单元，提高超级电容使用寿命；超级电容储能单元具备可短时大功率充放电特性，有利于抑制由于功率波动带来的电压跌落，提升电网电能质量。
本发明的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，通过合理设计超级电容储能型滤波参数和基于功率前馈的双闭环控制参数，一方面降低DC-DC输出电感电流纹波，提高超级电容使用寿命，另一方面配合超级电容的短时大功率充放电特性，有利于抑制电压骤降，提升电网电能质量。
超级电容储能型滤波电路参数设计如下：
附图1为H桥单相逆变单元控制流程图。其中，Kpwm为桥路PWM的等效增益。令G1(s)＝Kp1+Ki1/s,G2(s)＝Kp2+Ki2/s，Z1＝sL1，Z2＝sL2+R，Z3＝1/sCk，Kpwm＝1。uck(s)与uck *(s)之间的开环传递为：
Figure BDA0003120894240000051
假设功率器件开关频率为10kHz，输入直流电压Udc＝200V，取L1＝1mH，C＝20μF，L2＝6.67mH，R＝3.63Ω。从附图2中可以看出***一直处于稳定状态，但是随着电容容值的减小，***的相角裕度先上升再下降，在C＝20e-6F附近达到顶峰，而幅值裕度单调减小。同时可以看出，滤波电容容值的变化对伯德图低频段和高频段影响较小，而中频段变化趋势相近，随着滤波电容容值的减小，截止频率逐渐增大。在最后的仿真中，本实施例选择滤波电容C＝20e-6F，一方面保证了***有较高的平稳性，另一方面截止频率较大使***有更高的快速性。
从附图3中可以看出***一直处于稳定状态，但是随着电感值的减小，相角裕度先上升再下降，在L1＝1e-3H处相角裕度达到最大；而各曲线的幅值裕度相近。同时可以看出，滤波电感感值的变化对伯德图低频段影响较小；中频段随着感值的减小，快速性有所减弱；对于高频段，随着感值的减小，抗高频干扰能力逐渐减弱。在最后的仿真中，本实施例选取L1＝2e-3H，即能保证***有一定快速性和较高的抗干扰能力，也能保证***的高平稳性。
基于上述的动态电压恢复器以及超级电容储能型滤波电路参数，本发明的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，包括以下两种控制方式：
超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC-DC直流侧电压恒定，再通过DC-DC电路以恒功率向超级电容充电；
电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC-DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC-DC高压侧电压恒定。
在上述控制方法中，本实施例的基于功率前馈的双闭环控制参数设计如下：
附图4中包含AC-DC部分和DC-DC部分充电和补偿的指令计算框图。其中udc为AC-DC直流侧电压，usc为超级电容电压，isc为Buck-Boost单元电感电流，io为变压器一次侧电流；uLref为负载参考电压，us为某单相电网电压，uo为变压器一次侧电压。
附图5中包含AC-DC部分和DC-DC部分充电和补偿的控制框图。
实施时，超级电容充电模态中，通过以下两种方式得到PWM信号：
1)当故障诊断单元检测到电网电压稳定，且AC-DC直流侧电压低于工作电压时，从电网中取电，用AC-DC直流侧工作电压参考值(本实施例取200V)减去实际电压Udc再加上功率前馈环节计算得到的变压器一次侧电压有效值uorms得到第一充电指令；功率前馈计算式为：uorms＝usc*isc/iorms，其中，usc为超级电容电压，isc为Buck-Boost单元电感电流，iorms为变压器一次侧电流有效值；第一充电指令为：uref＝(200-Udc)+uorms；
将第一充电指令uref，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；G1(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000061
其中，Kp1为比例放大系数；Ki1为积分放大系数。
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；G2(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000062
Kp2为比例放大系数；Ki2为积分放大系数。
将滤波电感电压uL，加上滤波电容电压uck，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
2)当故障诊断单元检测电网电压稳定，AC-DC直流侧电压等于工作电压且超级电容电压低于工作电压时，以恒功率向超级电容充电，得到第二充电指令iref；本实施例中充电功率为1kW，第二充电指令为iref＝1000/usc；usc为超级电容电压；
将第二充电指令iref，减去Buck-Boost单元电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
实施时，电压补偿模态，通过以下方式得到PWM信号：
3)当故障诊断单元检测电网电压跌落时，超级电容放电补偿电网电压，使负载电压稳定：
Ⅰ.对DC-DC部分，指令计算为AC-DC直流侧工作电压参考值减去实际电压，经过G1’(s)信号处理后，获得Buck-Boost单元电感电流isc,再加上功率前馈环节计算得到的Buck-Boost单元电感电流isc得到补偿指令iref；G1’(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000071
Kp1为比例放大系数；Ki1为积分放大系数。
将补偿指令iref，减去Buck-Boost单元电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；G2’(s)表达式为：
Figure BDA0003120894240000072
Kp2为比例放大系数；Ki2为积分放大系数。
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除上Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
Ⅱ.对AC-DC部分，指令计算为负载参考电压减去电网实际电压，计算式为：uref＝vLref-vs；
将得到的补偿指令uref，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
从附图6中可以看出***一直处于稳定状态，但是随着比例放大系数Kp1的缩小，***的幅值裕度和相角裕度逐渐增大，***稳定性增强。但是***的快速性逐渐变差。在最后的仿真中，为了兼顾稳定性和快速性，本实施例折中选取Kp1＝2。
从附图7中可以看出***一直处于稳定状态，但是随着比例放大系数Kp2缩小，***的相角裕度逐渐减小，而幅值裕度逐渐增大。同时可以看出，当Kp2分别取300、200和100时，伯德图截止频率变化很小，因此Kp2在这三种情况下对***快速性的影响很小，同样当Kp2分别取50和10时，对***快速性影响很小。在最后的仿真中，本实施例选取Kp2＝100，即保证了***的快速性，又有较高的稳定程度。
从附图8中可以看出积分放大系数Ki1变化时，主要影响伯德图的低频段，即稳态精度，且Ki1从0.8逐渐减小到0的过程中，稳态精度逐渐变差。而对于中频段和高频段，Ki1的变化对***没有造成影响。所以在最后的仿真中，本实施例选取Ki1＝0.8。
从附图9中可以看出积分放大系数Ki2变化时,主要影响伯德图的低频段，即稳态精度，且Ki2从0.8逐渐减小到0的过程中，稳态精度逐渐变差。而对于中频段和高频段，Ki2的变化对***基本没有造成影响。所以在最后的仿真中，本实施例选取Ki2＝0.8。
从附图10中可以看出***一直处于闭环稳定状态，随着比例放大系数Kp1逐渐缩小，相角裕度逐渐上升再减小，幅值裕度逐渐增大，而且截止频率逐渐减小，即快速性减弱，在高频段，抗干扰能力逐渐增强。同时稳态精度在kp＝10时最低。本实施例选取Kp1＝6，既保证较高的稳定性和快速性，而且稳态精度和抗干扰能力较好。
从附图11中可以看出***一直处于闭环稳定状态，随着Kp2的缩小，幅值裕度基本保持不变，但是相角裕度逐渐增大，而截止频率变化不大，所以***快速性没有受到太大的影响，而且抗干扰能力是逐渐增强的，因此本实施例选取Kp2＝0.01。
从附图12中可以看出***一直处于闭环稳定状态，随着Ki1的下降，幅值裕度没有明显变化，而相角裕度逐渐增大。同时稳态精度逐渐减小，而快速性有所上升。所以本实施例选取Ki1＝2，既保证***具有较大的平稳性又保证***有较高的稳态精度和快速性。
从附图13中可以看出***一直处于闭环稳定状态，随着Ki2的缩小，幅值裕度有轻微的增加，相角裕度先上升再下降，在Ki2＝0.1时达到最大。对于低频段，Ki2＝0.01时***稳态精度最好，而中频段和高频段Ki2没有造成太大的影响，因此本实施例选取Ki2＝0.01。
综上可知，本发明使超级电容储能型动态电压恢复器电压补偿精度与响应速度得到提升，有利于增强负载端供电电压稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，应用于包括以下组件的超级电容储能的动态电压恢复器：变压器、LC滤波电路、AC-DC逆变器、直流侧电容、DC-DC电路和超级电容阵列；其特征在于，包括以下控制方式：
超级电容充电模态：当动态电压恢复器工作在超级电容模态时，从电网中取能存储在超级电容中，包括：当检测电网电压稳定时，通过电压外环、电流内环和功率前馈环节维持AC-DC逆变器直流侧电压恒定，再通过DC-DC电路以恒功率向超级电容充电；
电压补偿模态：当动态电压恢复器工作在电压补偿模态时，超级电容放电以补偿电网电压跌落，包括：当检测电网电压发生跌落时，通过AC-DC逆变器补偿跌落电压，再通过电压外环、电路内环和功率前馈环节维持DC-DC电路的高压侧电压恒定；
所述超级电容充电模态中，通过以下两种方式得到PWM信号：
1)当故障诊断单元检测到电网电压稳定，且AC-DC逆变器直流侧电压低于工作电压时，从电网中取电，用AC-DC逆变器直流侧工作电压参考值减去实际电压Udc再加上功率前馈环节计算得到的变压器一次侧电压有效值uorms得到第一充电指令；
将第一充电指令uref，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；
将滤波电感电压uL，加上滤波电容电压uck，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
2)当故障诊断单元检测电网电压稳定，AC-DC逆变器直流侧电压等于工作电压且超级电容电压低于工作电压时，以恒功率向超级电容充电，得到第二充电指令iref；
将第二充电指令iref，减去DC-DC电路的电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，其特征在于，所述动态电压恢复器中，LC滤波电路串联接在AC-DC逆变器的输出端，变压器一次侧与LC滤波电路中的电容C并联，二次侧接入电网；三个独立的AC-DC逆变器采用直流并联、交流接隔离变压器方式进行连接；三个独立的DC-DC电路采用高压端直接并联、低压端经电感交错并联方式进行连接。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，其特征在于，所述电压补偿模态，通过以下方式得到PWM信号：
3)当故障诊断单元检测电网电压跌落时，超级电容放电补偿电网电压，使负载电压稳定：
Ⅰ.对DC-DC部分，指令计算为AC-DC逆变器直流侧工作电压参考值减去实际电压，经过G1’(s)信号处理后，获得DC-DC电路的电感电流isc,再加上功率前馈环节计算得到的DC-DC电路的电感电流isc得到补偿指令iref’；
将补偿指令iref’，减去DC-DC电路的电感电流isc，经过G2’(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL’；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除上Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号；
Ⅱ.对AC-DC逆变器部分，指令计算为负载参考电压减去电网实际电压，计算式为：uref’＝vLref-vs；
将得到的补偿指令uref’，减去变压器一次侧电压uo，经过G1(s)信号处理后，获得滤波电容电流ick；
将滤波电容电流ick，加上变压器一次侧电流io，再减去滤波电感电流iL并经过G2(s)信号处理后，获得滤波电感电压uL；
将滤波电感电压uL’，加上超级电容电压usc，两者的和再除以实际电压Udc得到调制信号，通过单极倍频调制策略得到PWM信号。
4.根据权利要求1或3所述的基于超级电容储能的动态电压恢复器的多模态综合控制方法，其特征在于，
G1(s)表达式为：
Figure FDA0003679400240000021
G2(s)表达式为：
Figure FDA0003679400240000022
G2’(s)表达式为：
Figure FDA0003679400240000023
G1’(s)表达式为：
Figure FDA0003679400240000031
其中，Kp1和Kp2均为比例放大系数；Ki1和Ki2均为积分放大系数。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101499728A (zh) * 2008-10-29 2009-08-05 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种具有statcom功能的高压变频装置、控制方法及控制装置
CN102255529A (zh) * 2011-06-17 2011-11-23 湖南大学 大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法
CN105515432A (zh) * 2016-01-28 2016-04-20 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种光伏并网逆变器无差拍控制方法
CN208477026U (zh) * 2018-04-12 2019-02-05 中国石油天然气集团公司 基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试平台
CN112448395A (zh) * 2020-11-18 2021-03-05 山西大学 一种混合储能的配电网动态电压恢复器及其运行模式

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7336509B2 (en) * 2005-09-28 2008-02-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for estimating line inductance for PWM rectifier control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101499728A (zh) * 2008-10-29 2009-08-05 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种具有statcom功能的高压变频装置、控制方法及控制装置
CN102255529A (zh) * 2011-06-17 2011-11-23 湖南大学 大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法
CN105515432A (zh) * 2016-01-28 2016-04-20 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种光伏并网逆变器无差拍控制方法
CN208477026U (zh) * 2018-04-12 2019-02-05 中国石油天然气集团公司 基于超级电容的动态电压恢复器电压支撑实验测试平台
CN112448395A (zh) * 2020-11-18 2021-03-05 山西大学 一种混合储能的配电网动态电压恢复器及其运行模式

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
超级电容器储能动态电压恢复器的仿真研究;祝文彪 等;《武汉理工大学学报》;20080831;第30卷(第8期);第97-100页 *

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