CN1204670C - 动态串联电压补偿器及动态串联电压补偿方法 - Google Patents

Abstract

介绍一种动态串联电压补偿器(10)，用于补偿交流电力系统中的电压骤降。该补偿器(10)包括控制器(11)，其连接以控制相应的串联插入式逆变器(12a、12b、12c)。控制器(11)监测相应相的供电电压。由控制器(11)对监测的供电电压输入进行处理，以便产生控制信号。这些控制信号基于供电电压的当前电压循环周期的电压量值与前一个循环周期的电压量值的比较，当当前电压循环周期与前一个循环周期的电压量值之间的差超过相应时间周期的预定值时，向串联插入式逆变器(12a、12b、12c)提供逆变器控制信号，以此提供补偿电压。将补偿电压直接插入对应的导体。根据前一个循环周期的补偿电压的电压量值将供电电压补偿到正常值。

Description

动态串联电压补偿器及动态串联电压补偿方法

                          技术领域

本发明涉及一种用于提供交流电的交流(ac)电力系统。特别是，本发明涉及一种用于在这样一种交流电力系统中补偿电压骤降(dip)的串联电压补偿器及动态串联电压补偿方法。

                          背景技术

正如在本技术领域所公知的，交流(ac)电力系统用于发电、输电和随后的向用户场所配电。这些用户场所例如可以是居民家庭、商业用房、工业建筑或工厂。通常，交流电力系统尤其包括导体(conductor)，沿导体向用户场所提供电力。这种导体的实例包括地下电缆和架空线。

通常，由电源产生的ac电源电压首先为了输电而升压，然后为了配电而降压。配电电压一般处在千伏(KV)范围内。然后将这种配电电压降压到用户电压级，通常为400伏(V)。在大多数交流电力系统中，经过构成交流电网的多重连接向用户场所提供交流电。

在向用户场所(交流)配电的过程中，可能在交流电网中产生故障。这些故障例如可以是由于市政作业损伤地下电缆或由于雷击放电引起的架空线故障。这些故障对向用户场所提供的供电电压产生有害影响，并一般称为电压扰动。

一种类型的电压扰动称为电压骤降(dip)。电压骤降是一种供电电压从正常值的突然和短暂降低。一般，电压骤降的量值和持续时间取决于电压骤降还取决于实施的用于将供电电压恢复到正常值的控制方式。例如，电压骤降的持续时间通常尤其取决于识别引起电压骤降的故障的位置以及电路断路器跳闸并隔离故障位置所需的时间。

一般，按照电学观点，当与引起电压骤降的故障的位置越近时电压骤降的量值就越大。因此，通常在不同的用户场所电压骤降的量值是不同的，其范围可以为供电电压的10％到80％。此外，在以两相或更多相(多相)提供供电电压的交流电力系统中，在这些相中的每一相的电压骤降的量值一般是不同的。经常，在故障位置的单相线对地故障可能最终引起在用户场所的所有相的电压骤降。这是由于使用星形-三角形变压器，公知这些变压器会将一相中的至少某一电压骤降的量值转移到其它相。

在1994年7月12日授予Gyugyi等人的5329222号美国专利中介绍了一种用于补偿电压骤降的技术。这一专利中介绍了一种用于利用串联插入(injection)电压补偿公用线路暂态电压骤降的装置和方法。然而，使用三相逆变器(inverter)和一用于将三相逆变器耦合到高压配电系统的变压器，导致在彼此某种程度耦合的每相上形成串联插入电压。照此耦合的串联插入电压并不适合，这是因为在所有三相上电压骤降可能是不同的，以及对于三相中的每一相依时间不同而变化。

在1999年3月16日授予Cheng等人的5883796号美国专利中介绍了一种用于补偿电压骤降的技术。这一专利中介绍了一种用于利用三相串联插入电压复原电压骤降的装置和方法。因而，由这一专利的装置和方法的提供的插入电压具有与5329222号美国专利相似的局限性，在于某种程度上一再耦合插入电压。

一种用于补偿供电电压中的电压骤降的另一种技术利用电流-对-电压补偿器(current-to-voltage compensator)。电流-对-电压补偿器是根据大多数电压扰动是由于单相线对地故障引起的而其余的相正常这一依据工作的。通过获取在单相电压骤降期间的正常相的电流，以及通过利用半导体逆变器将这一电流转换成串联补偿电压，因此可以补偿电压骤降的相。所以，特别是当所有三相电压骤降时，电流-对-电压补偿器不可能对所有的相适当补偿电压骤降。

此外，对于多相电力系统难于补偿在单相中的电压骤降，在上述补偿器中的能量存储也是一个问题。这是因为通常使用电容器存储能量来提供插入电压或补偿电压。当需要大的能量存储容量以便对长持续时间的电压骤降提供补偿电压时，这些电容器可能费用很高。

此外，在交流配电系统中，利用串联插入式逆变器的电压补偿器提供的逆变器电压通常量值对于偿电压骤降是不足的。因此，这些逆变器电压量值必须得利用升压变压器升压。升压变压器的使用明显增加了常规的电压补偿器的成本，这就使得对于一般低成本的应用场合不太希望使用这些补偿器。

除了上述电压补偿器以外，还可以将不间断电源(UPS)用于补偿在交流电力系统中的一或多相上的电压骤降。然而，设计UPS首先是补偿另一种类型的称为电压崩溃(collapse)的电压扰动。在电压崩溃时，对于用户场所的供电电压总体上是不存在的。因而，UPS须在电压崩溃的整个持续时间内完全提供供电电压。这一持续时间通常远长于电压骤降的持续时间。因此，要求UPS其能量存储容量明显大于具有串联插入式逆变器的电压补偿器的能量存储容量。此外，即使在没有任何电压扰动的情况下，UPS的逆变器也以连续高频开关模式操作。在连续高频开关模式操作期间的附加损耗使得UPS在正常的供电电压情况下是低效的。

特别是当商业或工业运行受到影响时，电压骤降可能引起重大的财政损失。因此，希望减轻交流电力系统中的电压骤降。所以，明显存在对能解决交流电力系统上述问题的串联电压补偿器的需要，以提供稳定可靠的供电电压而不会招致明显增加成本。

                            发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种动态串联电压补偿器，用于补偿提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，所述动态串联电压补偿器包括：

一监测装置，用于独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

一发生装置，用于产生指示在—当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的数字信号；

一比较装置，用于将所述数字信号与指示在一前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储的数据相比较；

一确定装置，用于确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

一控制装置，用于当在对应时间周期所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压的量值。

一般，所述发生装置可包括用于对所述数字信号滤波的装置。

通常，还可包括用于存储所述数字信号滤波的装置。

尤其是，所述存储装置可包括用于锁定所述存储数据的装置。

一般，所述控制装置可包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的装置，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

所述控制装置可包括用于控制至少一个固态接地开关的装置，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

所述控制装置可包括用于控制至少一个脉冲发生器的装置，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关同期内提供两个输出脉冲。

所述控制装置可包括用于控制至少一个固态旁通开关的装置，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于补偿提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降的方法，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，所述方法包括步骤：

独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

发生步骤，响应于独立监测步骤，产生指示在—当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的的电压量值数字信号；

将所述数字信号与指示在前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储的数据相比较；

确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

当在对应时间周期所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压量值。

一般，所述发生步骤可包括对所述数字信号滤波的步骤。

通常，所述方法可还包括存储所述数字信号滤波的步骤。

尤其是，所述存储步骤包括用于锁定所述存储数据的步骤。

一般，所述控制步骤可包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的步骤，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

通常，所述控制步骤可包括用于控制至少一个固态接地开关的步骤，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

一般，所述控制步骤可包括控制至少一个脉冲发生器的步骤，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关周期内提供两个输出脉冲。

通常，所述控制步骤可包括用于控制至少一个固态旁通开关的步骤，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

根据本发明的另一个方面，公开了一种利用计算机可用介质的计算机程序产品，该计算机可用介质其中具有成一体的计算机可读程序代码装置，用于补偿提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，所述计算机程序产品包括：

一用于监测的计算机可读程序代码装置，用于独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

一用于产生的计算机可读程序代码装置，用于产生指示在一当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的数字信号；

一用于比较的计算机可读程序代码装置，用于将所述数字信号与指示在一前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储的数据相比较；

一用于确定的计算机可读程序代码装置，用于确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

一用于控制的计算机可读程序代码装置，用于当在对应时间周期所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压的量值。

一般，用于发生的所述计算机可读程序代码装置可包括用于对所述数字信号滤波的计算机可读程序代码装置。

通常，所述计算机程序产品，还可包括用于存储所述数字信号滤波的计算机可读程序代码装置。

尤其是，用于存储的所述计算机可读程序代码装置可包括用于锁定所述存储数据的计算机可读程序代码装置。

一般，用于控制的所述计算机可读程序代码装置可包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的计算机可读程序代码装置，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

通常，用于控制的所述计算机可读程序代码装置可包括用于控制至少一个固态接地开关的计算机可读程序代码装置，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

一般，用于控制的所述计算机可读程序代码装置可包括用于控制至少一个脉冲发生器的计算机可读程序代码装置，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关同期内提供两个输出脉冲。

通常，用于控制的所述计算机可读程序代码装置可包括用于控制至少一个固态旁通开关的计算机可读程序代码装置，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

                            附图说明

下面参照附图介绍本发明的各实施例，其中：

图1是表示根据本发明的一优选实施例的动态串联电压补偿器的概略方块示意图；

图2是用于利用图1所示的动态串联电压补偿器的补偿电压骤降的方法的流程图；

图3是用于图1所示的动态串联电压补偿器中的串联插入式逆变器和能量存储装置的概略示意图；

图4是图1所示的动态串联电压补偿器的控制器的信号处理流程；

图5a和5b表示利用图4中的控制器产生逆变器控制信号的简化的方案图；

图6a和6b是表示图1所示的动态串联电压补偿器的两个相应的实施例的概略方块示意图；

图7是表示能够实现图2所示方法的计算机系统实例的方块示意图；

                         具体实施方式

下面介绍用于在交流电力系统中补偿电压骤降的动态串联电压补偿器、方法和计算机程序产品。在如下部分中，为了更透彻地介绍提供很多细节。然而，本技术领域的技术人员会认识到，没有这些细节也可以实施本发明。在另外一些例子中，没有详细介绍公知的细节以便不妨碍理解本发明。

本发明的各实施例的优点是多方面的。一个优点是不同相的供电电压的电压骤降是独立补偿的。因此，对于不同相中的每一相可以利用不同量值的补偿电压补偿这种电压骤降。因而，与常规的串联电压补偿器或系统相比较，利用本发明的实施例能更精确地复原供电电压。

本发明的各实施例的另一个优点是补偿电压直接插入电力系统中的导体中而不是利用变压器插入。这样与其中利用变压器将补偿电压插入的常规的串联电压补偿器或系统相比较，就明显降低本发明的各实施例的成本。

本发明的各实施例的再一个优点是由本发明的各实施例提供的补偿电压是参照供电电压的正常值，而不是参照绝对电压基准。因而，这种补偿电压根据实际用户要求的供电电压而不是可能不够精确的绝对电压基准来补偿供电电压。

本发明的各实施例中的至少一个实施例的再一个优点是没有取消用于补偿电压的大地返回路径，提供补偿电压以取代供电电压。这是因为本发明的一个实施例中的接地开关当发生了电压崩溃时提供了大地返回路径。

下面参照图1，图1是表示根据本发明的一实施例的动态串联电压补偿器10的概略方块示意图，动态串联电压补偿器10用于补偿交流电力系统中的电压骤降。动态串联电压补偿器10包括：控制器11；至少一个串联插入式逆变器12a、12b、12c和分别连接到串联插入式逆变器12a、12b、12c的至少一个能量存储装置13a、13b、13c。控制器11连接到各对应导体14a、14b、14c，沿该各对应导体14a、14b、14c将供电电压V_{supply_A}、V_{supply_B}和V_{supply_C}经过串联插入式逆变器12a、12b、12c提供到各对应负载。这些供电电压V_{supply_A}、V_{supply_B}和V_{supply_C}中的每一个具有各自的相别。串联插入式逆变器12a、12b、12c中的每一个分别具有输入端15a、15b、15c和输出端16a、16b、16c。这些供电电压V_{supply_A}、V_{supply_B}和V_{supply_C}中的每一个分别由输出端16a、16b、16c提供到用户场所(未示出)例如居民家庭、商业用房、工业建筑或工厂。这些用户场所具有的电压负载要求如V_{load_A}、V_loadB和V_loadC所示。

对于串联插入式逆变器12a还示有控制输入端17a，用于接收来自控制器11的控制信号，以及能量耦合部分18a和19a，通过耦合从能量存储装置13a接收能量。为了简化图1中的标注，对于其余的两个串联插入式逆变器12b、12c并没有与控制输入端17a以及能量耦合部分18a和19a相似的方式标注。

为了不妨碍理解本发明，将利用供电电压V_{supply_A}、串联插入式逆变器12a和与之相关联的部件介绍动态串联电压补偿器10的操作。其余的两个串联插入式逆变器12b、12c的操作与之相似。下面参照图2，按照流程介绍用于利用动态串联电压补偿器10补偿在交流电力系统中的电压骤降的方法20。

在步骤21开始方法20，在其中控制器11独立地监测供电电压V_{supply_A}。步骤21处理从导体14a上形成的供电电压V_{supply_A}分接的(tapped)输入。此后，方法20进行到步骤22，在其中对该输入进行处理，以产生数字信号。这些数字信号指示在当前的电压循环周期(cycle period)内的供电电压V_{supply_A}的电压量值。步骤22之后，在步骤23，控制器11将该数字信号与存储的数据相比较。该存储的数据指示在前一个电压循环周期内的供电电压V_{supply_A}的电压量值。

将这些电压量值相比较使控制器11能在判断步骤24确定该数字信号与存储的数据之间的差。计算在当前的和前一个电压循环周期的对应的时间周期内的这一差。当该差超过一对应的时间周期的预定值时，由判断步骤24输出的结果为“是”。因此，然后控制器11控制串联插入式逆变器12a，以便在步骤25将补偿电压直接插入到导体14a。补偿电压的量值将V_{supply_A}补偿到刚刚处于对应的时间周期电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压的量值。当需要时并根据预定值，独立地补偿另外的供电电压V_{supply_B}和V_{supply_C}中的每一个，以此将供电电压V_{supply_B}和V_{supply_C}补偿到它们各自的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压的量值。另外，当该差小于预定值时，判断步骤24输出的结果为“否”。由于为“否”，方法20返回到步骤21，在其中控制器11监测供电电压V_{supply_A}的当前的电压循环周期的电压的另一个时间周期。

当该数字信号与存储的数据之间的差是基于供电电压V_{supply_A}的当前的和前一个电压循环周期的电压时，因此可以这样确定补偿电压的量值，以将V_{supply_A}补偿到处于对应的时间周期的前一个电压循环周期的电压的量值。因此这一量值补偿电压骤降，该电压骤降是从正常值降低当前电压循环周期的电压量值，正常值是在刚刚处于对应的时间周期电压骤降之前的前一个电压循环周期的对应的时间周期的提供的。

通过控制串联插入式逆变器12a可以实现将补偿电压直接插入导体14a，以便从能量存储装置13a接收能量。下面参照图3，该概略示意图表示串联插入式逆变器12a和能量存储装置13a的实例。

串联插入式逆变器12a具有一个由4开关组件31a、31b、31c、31d组成的H型桥式电路。这4个开关组件31a、31b、31c、31d中的每一个具有一连接到二极管的固态开关。脉冲宽度调制(PWM)信号用于驱动H型桥式电路，因此，在利用电感32和电容33对从来自H型桥式电路的输出滤波之后，提供的补偿电压加到电容33上。电感32和电容33滤除PWM信号中的高频分量。

从包括电容器组34和蓄电池组35的能量存储装置13a得到固态逆变器的功率。能量存储装置13a还包括桥式整流器36和变压器37。

将来自控制器11的控制信号V_G选择性地提供到开关组件31a、31b、31c、31d中的每一个各自的控制极(gate)。这些控制信号V_G起动串联插入式逆变器12a以便从能量存储装置13a接收能量。由变压器37和桥式整流器36在一时间周期内对能量存储装置13a充电。

来自控制器11的控制信号是PWM信号。这些PWM信号驱动H型桥式电路，这样，从能量存储装置13a产生所需的补偿电压。控制器11的PWM信号的产生需要处理从在导体14a形成的供电电压V_{supply_A}分接的输入。

下面参照图4介绍控制器11的信号处理流程40。该输入传输通过模/数(A/D)转换器41，由A/D转换器41产生指示供电电压V_{supply_A}的电压量值的数字信号。将这些数字信号提供到一有源低通滤波器42。取决于是否已经检测到电压骤降，可以从A/D转换器41或有源低通滤波器42向电路控制极(circuit gate)43提供输入。下面解释电路控制极43的设置。

将从有源低通滤波器42的标注为V_present(正常)的低噪声信号输出，与存储在动态查寻表44中的存储数据相比较。动态查寻表44存储在一个循环周期内按规则的间隔采样的供电电压V_{supply_A}的瞬时值。这一循环周期是一连续移动的供电电压V_{supply_A}的时间窗口。顺序更新动态查寻表44中的存储数据，以覆盖供电电压V_{supply_A}的一个循环周期。

将来自动态查寻表44的标注为V_preceding的存储数据和标注为V_present的来自电路控制极43的输出提供到差值检测器45。由差值检测器45产生差信号(V_difference)。V_difference指示一对应时间周期的、当前的和前一个电压循环周期的供电电压V_{supply_A}的量值之间的电压量值的差。

在电压骤降检测器46中，依据一预定值检查V_difference。当V_difference大于预定值时，则向动态查寻表44反向发送一命令信号(V_lock)以锁定存储的数据。因此，当发生电压骤降时，锁定动态查寻表44中刚刚在电压骤降之前的前一个电压循环周期的瞬时值。因此电压骤降开始时的动态查寻表44中的存储数据是刚刚在电压骤降之前的V_{supply_A}的电压循环周期的复制值。锁定存储的数据使持续时间大于一个循环周期的电压骤降能与刚刚在电压骤降之前的前一个循环周期连贯地相比较。应指出，电压骤降可能发生在循环周期中的任何一点。，还发送控制极控制信号(V_{GATE_1})以便将电路控制极43从“正常”改变到“骤降”。

电路控制极43的工作取决于V_{GATE_1}。在没有电压骤降的正常状态下，V控制极_1设置电路控制极43，以便根据直接从有源低通滤波器42接收的输出提供V_present(正常)。另外，当检测到电压骤降时，V_{GATE_1}设置电路控制极43，以便根据直接从A/D转换器41接收的输出提供V_present(骤降)。

当V_difference大于预定值时，另一个控制极控制信号(V_{GATE_2})将电路控制极48从正常模式改变为PWM模式。在正常模式，由正常模式信号发生器49提供电路控制极48的输出。在PWM模式，将V_difference提供到PWM信号发生器47，并由PWM信号发生器47提供电路控制极48的输出。

在PWM模式，PWM信号发生器47产生用作逆变器控制信号的PWM输出信号。提供这一逆变器控制信号作为V_{G_A}，以便控制动态串联插入式逆变器12a。V_{G_A}控制开关组件31a、31b、31c、31d，以便提供一补偿电压以补偿电压骤降。

当响应于大于预定值的V_difference起动PWM信号发生器47时，PWM信号发生器47产生PWM输出信号。图5a和5b表示用于产生逆变器控制信号的简化方案。

图5a表示一可能需要插入导体14a的以正弦波形式的补偿电压V_comp。这一正弦波是利用开关组件31a、31b、31c和31d、由一系列按例如为3.3千赫的频率产生的脉冲建立的。图3中所示的电感32和电容33滤除这些脉冲中的谐波分量，以提供补偿电压V_comp。PWM信号发生器47产生开关控制开关组件31a、31b、31c、31d所需的脉冲，经过开关控制开关组件31a、31b、31c、31d产生补偿电压V_comp。一组控制脉冲控制开关组件31a，另一组控制脉冲脉冲控制开关组件31c。

利用由用于开关组件31a和31c的逆变器控制信号V_{G_A}工作的硬件接线电路产生的反相信号控制开关组件31b和31d。图5b表示由PWM信号发生器47产生的脉冲序列。计算PWM脉冲特性曲线(pattern)时的脉冲基本重复速率是1.66千赫，以便提供0.6毫秒的开关周期(T_s)。当开关组件31a导通时，开关组件31d开始也导通，以便将电流提供到负载。在该开始周期过程中，当开关组件31d导通时，开关组件31b和31c关断。然而在开关组件31a的导通周期的中部，开关组件31c导通，开关组件31d关断。这意味着在开关组件31c导通的持续时间内流向负载的电流被中断。这种顺序造成的结果是，在开关周期T_s内的负载上的电压由两个脉冲组成。由于这种顺序的结果，串联插入式逆变器12a的开关频率被有效地加倍，从1.66千赫到3.33千赫。因此对于3.33千赫的开关频率，在开关组件31a、31b、31c、31d中的开关损耗被有效地减半。这种频率加倍的另一个优点是，动态串联电压补偿器10的响应时间更快。

在每一开关周期内两次，由控制器11计算时间T_a和T_b，以便使串联插入式逆变器12a的输出电压脉冲的平均值等于处于对应的半个开关周期0.5T_s内所需补偿电压的平均值。补偿电压的平均值V_comp与在节点38的半个开关周期0.5T_s的直流母线电压V_dc以及时间T_b相关，如以下关系式表示：

V_comp＝V_dc×(T_b/0.5T_s)

或T_b＝(V_comp/V_dc)×0.5T_s

如果T_a＝T_c，则T_a＝(0.5T_s-T_b)/2

因此，时间T_b不仅取决于复原电压骤降所需的V_comp的数值，而且还取决于直流母线电压V_dc。这意味着通过这一计算，对于直流母线电压的变化校正V_comp的数值。于是，若知时间T_a和T_b的数值，开关组件31a的触发时间和开关组件31c的触发时间为(T_a+T_b)。与之相似，在下半个开关周期0.5T_s内，开关组件31a的关断时间为(T_a+T_b)，开关组件31c的关断时间为T_a。控制器11对所有三相的串联插入式逆变器12a、12b、12c中的每一个实施这些计算，并且保持还对三相中的每一相中的半个开关周期0.5T_s的跟踪(track)。按约0.3毫秒计算对每一相的每一个新的半个开关周期0.5T_s。

下面参照图6a，其为动态串联电压补偿器10的另一个实施例60的概略方块示意图。由于交流电力系统还会经受电压崩溃，该另一个实施例60提供用于相应的固态接地开关。仅以一个固态接地开关61a指示动态串联电压补偿器10，以简化图6a。这一个固态接地开关61a选择性地将串联插入式逆变器12a的输入端15a连接到基准地62或连接到供电电压V_{supply_A}。固态接地开关61a配置在导体14a的一部分，即在供电电压V_{supply_A}的电源侧及在输入端15a之前。固态接地开关61a具有两个开关组件63和64。在正常运行和电压骤降的情况下，控制器11将开关组件63设置在闭合位置和将开关组件64设置在断开位置，因此将供电电压V_{supply_A}连接到串联插入式逆变器12a。当控制器11检测到电压崩溃时，向控制输入端65提供开关控制信号，以便在电压崩溃期间断开开关组件63和闭合开关组件64。

下面参照图6b，其为动态串联电压补偿器10的另一个实施例66的概略方块示意图。这一个实施例66提供用于固态旁通开关67，固态旁通开关67连接在串联电压插入式逆变器12a的输入端15a和输出端16a之间。在正常运行没有电压骤降的情况下，固态旁通开关67工作在闭合位置。在这一闭合位置，负载电流传输通过固态旁通开关67而不通过串联电压插入式逆变器12a。这就使得与没有固态旁通开关67的动态串联电压补偿器10相比较，这另一个实施例66能以更高效率工作。这是因为负载电流当传导通过固态旁通开关67而不是传导通过串联电压插入式逆变器12a时产生较低的损耗。当在交流电力系统中发生电压骤降时，控制器11检测电压骤降并通过控制输入端68发送第一控制信号，以断开固态旁通开关67。控制器11还通过控制输入端17a向串联电压插入式逆变器12a发送第二控制信号，以起动串联电压插入式逆变器12a。在电压骤降期间，固态旁通开关67保持断开位置，串联电压插入式逆变器12a处于工作状态。当电压骤降消失时，控制器11同时向固态旁通开关67和串联电压插入式逆变器12a发出控制信号，因此，闭合固态旁通开关67并将串联电压插入式逆变器12a设置在非工作状态。

在本发明该实施例中的控制器11是利用计算机程序产品实现的，该计算机程序产品例如包括如图7中所示的计算机系统70。特别是，控制器11可以利用在计算机系统70执行的软件或计算机可读的程序代码实现。

计算机系统70包括：计算机71、视频显示器72、输入装置73、74。提供通信输入/输出(I/O)信号母线75，用于控制器11和动态串联电压补偿器10以及控制器14a之间的输入和输出。

计算机71包括：控制器11、存储器76、输入/输出(I/O)接口77、78；视频接口79以及在图7中用存储装置80一般表示的一个或多个存储装置；其中存储器76可以包括：随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。存储器76可以用于存储数字信号和用作动态查寻表44。当在存储器76中存储时，利用来自控制器11的控制信号，由当前电压循环周期产生的数字信号可以重写前一个电压循环周期的存储数据。

视频接口79连接到视频显示器72并提供来自计算机71的视频信号，以便在显示器72上显示。可以利用一个或多个输入装置73、74经过输入/输出(I/O)接口78提供用户输入以操作计算机71。例如，计算机71的用户可以利用键盘作为输入装置73和/或指引装置例如鼠标作为输入装置74。键盘和鼠标向计算机71提供输入。存储装置80可以由如下所述中的一个或多个组成：软盘驱动器、硬盘驱动器、磁光盘驱动器、CD-ROM、磁带或对于本领域的技术人员公知的任何其它很多非易失性存储装置。计算机系统71中的每个部件通常经过总线81连接到其它装置，而总线81又可以由数据总线、地址总线和控制总线组成。

利用在由计算机系统70实施的软件中的指令，实现用于利用串联电压补偿器10补偿交流电力系统中的电压骤降方法的步骤。再者，可以按照用于实现该方法的步骤的一个或多个模件实现软件。即，控制器11可以是通常执行特定功能或相关功能的计算机可读的程序代码的一部分。

特别是，软件可存储在包括存储装置80的计算机可读介质中。计算机系统70包括具有这种记录的软件或程序代码的计算机可读介质，使得可以实施软件或程序代码中的指令。根据本发明的实施例，最好利用计算机系统70实现用于利用动态串联电压补偿器10补偿交流电力系统中的电压骤降的高级装置。

提供计算机系统70不过是为了说明的目的，在不脱离本发明的构思和范围的情况下可以采用其它配置。以上所述只不过是可以实现本发明的实施例的示范性类型的计算机和计算机系统。通常，实施例中的方法是按照在作为可读介质的硬盘驱动器(一般用存储装置80表示)上记录的软件或计算机可读程序代码，并利用控制器11可读出和控制的。利用可能与存储装置80相关的存储器76，可以实现程序代码和介质内容数据以及从网络获取的任何数据的中间存储。

在其些例子中，可以将在CD-ROM或软盘(两者一般用存储装置80表示)上编码的程序提供给用户，或按另外方式由用户经过连接到计算机71的调制解调器装置从网络可以读出。再者，计算机系统70可以从计算机可读介质装入软件。这可以包括：磁带、ROM或集成电路、磁光盘、在计算机和另外装置之间的无线电或红外发射通道、例如为PCMCIA卡的计算机可读卡以及因特网和内部网，包括电子邮件发送以及在因特网站等记录的信息。因此，上述部分仅是相关计算机可读介质的示范。在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可以实际使用其它计算机可读介质。

在本发明的上述实施例中所介绍的动态串联电压补偿器10便利地克服或至少减轻了用于补偿交流电力系统中的电压骤降的常规的串联电压补偿器的缺点。

在上述介绍中，介绍了用于补偿交流电力系统中的电压骤降的动态串联电压补偿器、方法和计算机程序产品。虽然介绍了两个实施例，对于本领域的技术人员来说，很明显根据这些实施例，在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可以进行很多变化和/或改进。

Claims (24)

1.一种动态串联电压补偿器，用于补偿在提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，其特征在于，所述动态串联电压补偿器包括：

一监测装置，用于独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

一发生装置，用于产生指示在一当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的数字信号；

一比较装置，用于将所述数字信号与指示在一前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储数据相比较；

一确定装置，用于确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

一控制装置，用于当在对应时间周期所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压量值。

2.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述发生装置包括用于对所述数字信号滤波的装置。

3.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，还包括用于存储所述数字信号的装置。

4.如权利要求3所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述存储装置包括用于锁定所述存储数据的装置。

5.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述控制装置包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的装置，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

6.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述控制装置包括用于控制至少一个固态接地开关的装置，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

7.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述控制装置包括用于控制至少一个脉冲发生器的装置，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关同期内提供两个输出脉冲。

8.如权利要求1所述的一种动态串联电压补偿器，其中所述控制装置包括用于控制至少一个固态旁通开关的装置，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

9.一种用于补偿提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降的方法，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，所述方法包括步骤：

独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

发生步骤，响应于独立监测步骤，产生指示在一当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值数字信号；

将所述数字信号与指示在前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储数据相比较；

确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

当在对应时间周期的所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压量值。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述发生步骤包括对所述数字信号滤波的步骤。

11.如权利要求9所述的方法，还包括存储所述数字信号的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述存储步骤包括用于锁定所述存储数据的步骤。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的步骤，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤包括用于控制至少一个固态接地开关的步骤，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤包括控制至少一个脉冲发生器的步骤，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关周期内提供两个输出脉冲。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤包括用于控制至少一个固态旁通开关的步骤，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

17.一种利用计算机可用介质的计算机程序产品，该计算机可用介质其中具有计算机可读程序代码装置，用于补偿提供至少一个供电电压的交流电力系统中的电压骤降，所述至少一个供电电压中的每一个供电电压处于对应的一相，所述计算机程序产品包括：

一用于监测的计算机可读程序代码装置，用于独立监测所述至少一个供电电压中的每一个供电电压；

一用于产生的计算机可读程序代码装置，用于产生指示在一当前的电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的数字信号；

一用于比较的计算机可读程序代码装置，用于将所述数字信号与指示在一前一个电压循环周期内的所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压的电压量值的存储的数据相比较；

一用于确定的计算机可读程序代码装置，用于确定所述数字信号和在当前的和前一个电压循环周期内的对应时间周期的所述存储的数据之间的差；

以及

一用于控制的计算机可读程序代码装置，用于当在对应时间周期所述差超过一预定值时，控制至少一个串联插入式逆变器，以便将一补偿电压直接插入一对应的导体，沿该导体提供所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压，所述补偿电压具有的量值将所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压补偿到刚刚在所述对应时间周期的电压骤降之前的前一个电压循环周期的电压的量值。

18.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中用于产生的所述计算机可读程序代码装置包括用于对所述数字信号滤波的计算机可读程序代码装置。

19.如权利要求17所述的计算机程序产品，还包括用于存储所述数字信号滤波的计算机可读程序代码装置。

20.如权利要求19所述的计算机程序产品，其中用于存储的所述计算机可读程序代码装置包括用于锁定所述存储数据的计算机可读程序代码装置。

21.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中用于控制的所述计算机可读程序代码装置包括用于控制所述至少一个串联插入式逆变器的计算机可读程序代码装置，以从至少一个用于所述补偿电压的能量存储装置接收能量。

22.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中用于控制的所述计算机可读程序代码装置包括用于控制至少一个固态接地开关的计算机可读程序代码装置，所述至少一个固态接地开关选择性地将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到基准地或所述至少一个供电电压中的所述每一个供电电压。

23.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中用于控制的所述计算机可读程序代码装置包括用于控制至少一个脉冲发生器的计算机可读程序代码装置，所述至少一个脉冲发生器提供同步脉冲，以驱动所述至少一个串联插入式逆变器，从而在一个开关同期内提供两个输出脉冲。

24.如权利要求17所述的计算机程序产品，其中用于控制的所述计算机可读程序代码装置包括用于控制至少一个固态旁通开关的计算机可读程序代码装置，所述至少一个固态旁通开关将所述至少一个串联插入式逆变器的输入端连接到所述至少一个串联插入式逆变器的输出端。

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