关键字 |
| 动态电压恢复器(DVR)，电能质量(PQ)，比例积分(PI)，电压跌落。 |
介绍 |
| 电力质量问题，如电压凹陷、电压膨胀和谐波，是工业和商业电力消费者主要关心的问题，因为在金钱和时间方面损失巨大。对于高功率敏感负载，DVR有望提供比不间断电源(UPS)[1]-[4]储能能力更具成本效益的解决方案。该DVR可以在低电压(LV)[5]-[9]级别和中压(MV)[10]-[15]级别实现，并保护高功率应用免受电压跌落。DVR采用串联连接拓扑;它在系统上注入一个电压，以补偿任何影响负载电压的扰动。这旨在保护关键负载免受电压凹陷/膨胀。 |
| 电压凹陷/膨胀是配电系统中最重要的电能质量问题，是发生频率最高的电能质量现象。电压跌落被定义为电源电压突然下降90%到10%。另一方面，电压膨胀被定义为电源电压在基频上突然增加110%到180%，持续时间从10ms到1分钟。根据IEEE 519-1992和IEEE 1159-1995标准，电压跌落和膨胀的典型持续时间为10ms ~ 1min[16]。配电级别的故障会导致电压下降或膨胀，这可能导致敏感设备故障，并产生大电流不平衡，可能会击穿熔断器或跳闸。 |
| 表1为Mettur热电厂[17]230 kV母线电压变化事件。从表中可以看出，在夏季会有电压下降，在冬季会有电压膨胀。230kv母线的电压变化同样反映在230v住宅配电系统中。电压的下降和膨胀通常是由大型感应电动机启动、大型电容器组通电以及配电系统[18]、[19]电网短路故障引起的，如单线对地故障、三相对地故障、双线对地故障等。电力系统中的电压凹陷和膨胀对敏感负荷的性能有重要影响。随之而来的不利后果是电动机的能量传输减少，敏感设备的断开和工业过程陷于停顿。这将导致时间和生产的损失，或设备损坏可能造成重大的经济损失。为了解决上述问题，本文提出了一种新的方法。 |
| 一般来说，DVR的电压注入补偿电压凹陷，膨胀和停电。但需要大容量的直流存储系统。在该DVR设计中，采用比例积分(PI)控制器对直流存储系统进行升压以补偿电压跌落。 |
动态电压恢复器 |
| 动态电压恢复器最早由西屋电气公司在美国为电力研究所(EPRI)建造。为了保护自动化的纱线制造和织造工厂，它于1996年首次安装在杜克电力公司的电网系统上。DVR是一种串联的固态设备，用于减轻配电系统中的电压干扰。它通过向系统注入电压来调节负载侧电压。 |
| 它通过补偿公共耦合点[20]上出现的电压凹陷/膨胀、电压不平衡和电压谐波来补偿额定幅值和相位的负载电压。它的主要功能是在发生扰动时迅速提高负载侧电压，以避免对负载的任何电力中断。 |
| 它一般安装在配电系统中电源和临界负荷馈线之间的公共耦合点(PCC)。DVR的位置如图1所示。DVR的一般配置由注入/升压变压器、谐波滤波器、电压源转换器(VSC)、直流充电电路和控制保护系统组成。 |
| 在大多数的凹陷校正技术中，DVR都需要在补偿期间向配电网注入有功功率。因此，能量存储单元的容量可以成为干扰补偿过程中的限制因素，特别是对于长时间的凹陷。不对称的线对线、线对地、双线对地和对称的三相故障对敏感负载产生电压下降的影响。 |
同相电压补偿法 |
| 一般来说，DVR的注入电压计算有三种技术，分别是预置、同相和最小能量注入技术。本文采用同相补偿技术计算DVR的注入电压，该技术实现简单，补偿电压计算响应快。DVR可以通过与源电压[21]同相位的串联注入变压器注入电压来补偿负载上的电压降。串联注入变压器次级的注入电压与电源电压同相，如图2所示。 |
| 正常情况下，电源电压(Vpresag)等于零相位角的负载电压。在电压凹陷/膨胀期间，电源电压降低或增加到小于或大于其标称值的值。DVR对凹陷/膨胀事件作出反应，并注入补偿电压Vinj与电源电压同步，以恢复电压在标称值。 |
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 （4） |
DVR控制 |
| 电压跌落是通过三相故障在负载端产生的。负载电压被感知并通过一个序列分析仪。幅度分量与参考电压(Vref)进行比较。逆变器开关采用脉宽调制(PWM)控制技术，在负载端子[22]处产生三相50 Hz正弦电压。斩波频率在几千赫范围内。IGBT逆变器由PI控制器控制，以保持负载端每单位电压为1。 |
| PI控制器是一个闭环控制器，它用误差的加权和和该值的积分来驱动被控装置。比例加积分控制器的优点是PI控制器中的积分项使阶跃输入的稳态误差为零。PI输入是一个执行信号，它是控制器的Vref和Vin输出之间的差值，如图3所示。 |
 （5） |
| 调制信号Vinv_ref与三角形信号进行比较，以生成VSC阀门的开关信号，如图4所示。正弦PWM方案的主要参数是信号的调幅指数和三角信号的调频指数。VSC开关策略基于PWM技术，提供简单和良好的响应[23]-[26]。在暂降状态下，必须注入正确的电压，使负载电压恢复正常。 |
仿真结果与讨论 |
| 所提出的PI控制器动态电压恢复器总体仿真图如图5所示。在这个Simulink模型中，我们有一个系统，其中显示了两个平行馈线。在第二馈线中，进一步的负载串联连接。在一个馈线中，DVR与线路相连。采用PI控制器进行控制。在这里，DVR系统使用注入变压器连接到配电系统。 |
| 测试系统采用表2对DVR驱动进行仿真。该系统由一个13KV, 50 Hz的发电系统组成，通过一个三绕组变压器连接两条输电线路。 |
| 所提出的DVR在一个周期内响应凹陷，并在凹陷事件期间注入适当数量的缺失电压。在检测电压恢复时，DVR开关关闭，以保持传导损失最小。 |
| 采用带PI控制器的DVR进行仿真。系统在故障电阻为0.66欧姆处发生三相对地故障，导致电压跌落，如图6所示，上图描述了发生跌落事件的时间为0.2s至0.4s。当突然中断时，标称电压从1pu下降到0.8pu，并在一段时间内保持恒定;这里的故障设置为2s。DVR从0.2s到0.4s的注入电压如图7所示。本文采用PI控制器的DVR在一个周期内响应该凹陷，并在凹陷事件t=0.2s至0.4s期间注入适当数量的缺失电压，如图8所示。上图显示了加载点的电压大小，而在0.2s到0.4s的时间段内，电压跌落得到缓解，电压水平上升到少数延伸水平。 |
结论 |
| DVR被认为是保护工业设施免受电压跌落的最佳选择。本文旨在提出一种用于配电网DVR的PI控制器。通过获取参考电压，提取了DVR的参考负载端子。DVR的性能已被观察到满意的各种电能质量问题，如电压凹陷，电压膨胀在供电电压。此外，它可以通过交流线路在基频的功率传输，为DVR提供自备的直流母线。这些结果也表明，该DVR补偿速度快，串联电压注入变压器可补偿源电压故障，并可通过MATLAB软件和Simulink及电力系统块集工具箱进行仿真验证。 |
鸣谢 |
| 这种性质的项目需要许多人的合作和支持才能顺利完成。在此，我很荣幸地向苏利亚工程学院S. SathishKumar教授表示衷心的感谢，感谢他对项目的有效领导、鼓励和指导。 |
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表格一览 |
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| 表1 |
表2 |
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数字一览 |
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参考文献 |
- J. Arrillaga, M. J. Bollen和N. R. Watson，“放松管制后的电能质量”，Proc。IEEE，卷88，页246-260,2000年2月。
- S. W. Middlekauff和E. R. Collins，“系统和客户影响:系列定制功率器件的考虑因素”，IEEE反式。PowerDelivery，第13卷，第278-282页，1998年2月。
- H. Kim, F. Blaabjerg和B. Bak-Jensen，“用p-q-r理论分析单相和三相系统的瞬时功率”，IEEE反式。电力电子。，卷17，页701-710,2002年9月。
- H. Kim, F. Blaabjerg, B. Bak-Jensen和J. Choi，“基于p-q-r理论的三相系统瞬时功率补偿”，IEEETrans。电力电子， 2002年9月，第17卷，第711-720页。
- J. G. Nielsen和F. Blaabjerg，“动态电压恢复器的系统拓扑的比较”，在IEEE/IAS ' 01会议，芝加哥，伊利诺伊州，2001，第2397-2403页。
- J. G. Nielsen, F. Blaabjerg和N. Mohan，“动态电压恢复器补偿电压跌落与相位跳变的控制策略”，在Proc.IEEE /亚太经合组织“01会议， vol. 2, 2001, pp. 1267-1273。
- 刘志强，“动态电压恢复器的设计与控制”，博士学位论文，能源技术研究所。，奥尔堡大学，奥尔堡，丹麦，2002。
- C. S. Chang和Y. S. Ho，“电机负载对动态电压恢复器的电压恢复能力的影响”，在Proc.IEEE / PowerCon ' 00会议，第2卷，澳大利亚珀斯，2000年，第637-642页。
- M. Vilathgamuwa, A. A. D. R. Perera, S. S. Choi，和K. J. Tseng，“能量优化动态电压恢复器的控制”，在Proc.IEEE / IECON 99年会议，卷2，圣何塞，加州，1999，第873-878页。
- N. H. Woodley, L. Morgan和A. Sundaram，“基于逆变器的动态电压恢复器的经验”，IEEE反式。功率输出，第14卷，第1181-1186页，1999年7月。
- N. H. Woodley, A. Sundaram, T. Holden和T. C. Einarson，“新平台安装DVR的现场体验”，见Proc.IEEE/PowerCon ' 00会议，卷3，珀斯，澳大利亚，2000年，第1323-1328页。
- K. Chan, A. Kara，和D. Westermann，“集成栅换流晶闸管动态电压恢复器”，见Proc。IEEE / PowerCon 98年会议《中国科学院学报》，1998年第1卷，第635-638页。
- M. D. Stump, G. J. Keane，和F. K. S. Leong，“定制电源产品在提高工业设施电能质量中的作用”，在Proc.EEE / EMPD 98年会议， 1998，第507-517页。
- M.J. Newman, D. G. Holmes, J. G. Nielsen，和F. Blaabjerg，“在中压水平具有选择性谐波补偿的动态电压恢复器(dvr)”，IEEE Trans。印第安纳州,达成。，vol. 41, no. 6, pp. 1744–1753, Nov./Dec. 2005.
- J.G. Nielsen, M. Newman, H. Nielsen，和F. Blaabjerg，“中压水平动态电压恢复器(dvr)的控制和测试”，IEEE Trans。电力电子。，第19卷，no。3，第806-813页，2004年5月。
- 王志强，王志强，王志强，“基于磁滞电压控制的动态电压恢复器的仿真研究”，电子工程学报，2009;27(1):102 - 102。
- 杨晓明，“基于PI控制器的光伏动态电压恢复器”，《电力工程学报》，2012;36(1):51-59。
- a . García-Cerrada, O. Pinzón-Ardila, V. felius - battle, P. Roncero- Sánchez，和P. García-González，“三相有源电力滤波器的重复控制器的应用”，IEEE Trans。电力电子。，第22卷，no。1，页237-246,2007年1月。
- C.-J。黄,S.-J。黄和f - s。Pai，“带干扰滤波增强的动态电压恢复器设计”，IEEE学报。PowerElectron。，vol. 18, no. 5, pp. 1202–1210, Sep. 2003.
- C. Fitzer, M. Barnes，和P. Green，“动态电压恢复器的电压凹陷检测技术”，IEEE Trans。印第安纳州,达成。，vol. 40, no. 1, pp.203–212, Jan./Feb. 2004.
- TI。El-Shennawy,。穆萨,马。El-Gammal和AY。吴晓明，“一种基于动态电压恢复器的异步电机负载控制系统”，机械工程学报，2010;3(1):144-51。
- J.G. Nielsen和F. Blaabjerg，“动态电压恢复器系统拓扑的详细比较”，IEEE Trans。印第安纳州,达成。，vol. 41, no.5, pp. 1272–1280, Sep./Oct. 2005.
- H. Kim和s . k。“利用前馈和状态反馈方案的动态电压恢复器中的补偿电压控制”，IEEETrans。电力电子。，第20卷，no。5，页1169-1177,2005年9月
- D. M. Vilathgamuwa, A. A. D. R. Perera，和S. S. Choi，“能量优化动态电压恢复器的电压凹陷补偿”，IEEETrans。德尔。，vol. 18, no. 3, pp. 928–936, Jul. 2003.
- 周k。王栋，“数字重复控制三相pwm整流器”，IEEE, 2013。电力电子。，第18卷，no。1, pp. 309-316，一月。2003.
- 周凯，王东东，“三相CVCF PWM逆变器的数字重复学习控制器”，IEEE, 2013。印第安纳州。电子。，vol. 48, no. 4, pp. 820–830, Aug. 2001.
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