基于动态电压调节器的5级飞行电容器多级转换为电能质量的改善

n Damodaram¹和k Lokanadham²

M。科技(PE&ED)学生,EEE称,印度SVCET
副教授,EEE称,印度SVCET

文摘

介绍了应用程序的动态电压者(DVR)对减缓电压凹陷,在配电系统谐波和不平衡负载敏感。动态电压调节器(DVR)已经成为受欢迎的作为一个成本有效的解决方案保护敏感负荷电压凹陷和膨胀。这将是有利的,DVR也可以用来补偿任何稳态负载电压谐波,因为这将提高电能质量。DVR,它是基于一个五级浮动电容电压源变换器(VSC),已经被证明是适合补偿电压扰动的任务。DVR的性能取决于所涉及的控制技术。介绍了基于所谓的重复控制的控制系统。与其他控制方案可比适用性的范围,只有一个控制器需要同时抵消了所有三个干扰,同时表现出良好的动态性能。评估的质量负载电压DVR操作期间,总谐波失真(THD)计算。MATLAB是用来执行所有造型方面的重复控制器和测试系统。仿真结果表明,该控制方法执行非常有效地和收益率优秀的电压调节。

关键字

动态电压调节器(DVR),电容器多级转换器,电能质量(PQ),重复控制,电压跌落。

介绍

电能质量(PQ)已成为一个重要的问题在过去的二十年里,由于持续集成的敏感负荷在电力系统中,由非线性负载引入的干扰,快速增长的可再生能源。可以说,最常见的电力系统PQ扰动是电压凹陷[1],但是其他的障碍,比如谐波电压和电压失衡,也会影响终端用户和动力设备主要生产停机时间,在某些情况下,终端设备损坏。动态电压调节器(DVR)是一种最有效和经济的设备来补偿电压凹陷[2]。DVR的基本上是一个电压源变换器串联通过一个接口与交流电网变压器、构思减轻电压凹陷和膨胀[3]。对于低压应用程序,基于两级dvr转换器通常使用[4],因此,大部分的文献发表dvr处理这种类型的转换器。然而,对于高功率应用,powerelectronic设备通常是连接到电网中压(MV)和二级电压转换器的使用就很难证明由于高电压开关必须阻止。

一个解决方案是使用多级电压源转换器允许高电源处理能力较低的谐波失真和较低的开关功率损耗比两级变换器[5]。不同拓扑结构的多级转换器中,最受欢迎的是:neutral-point-clamped转换器(人大),浮动电容转换器(FC)、h桥转换器[6]。人大转换器需要钳位二极管和容易的dc电容器电压失衡。h桥变换器的局限性是大量的单个逆变器和隔离的直流电压源的数量要求。FC转换器的主要缺点是,电容的数量增加的数量在输出电压水平。

在过去的几年里,研究工作一直在报道FC-converter拓扑的使用灵活交流输电系统(事实)的应用程序。在[5],统一潮流控制器(UPFC)提出了基于五级FC多级转换器功率流控制。分流器和转换器系列是由相移正弦脉冲宽度调制[10],控制系统使用多个比例积分(PI)控制器实现的——同步参考系。因为在FC转换器一个特定的电压水平可以得到几个开关组合,电容电压的控制是通过仔细选择这样的组合充电或放电电容,因此,平衡电压的电容器。飞翔的电容电压平衡是通过比较电容器电压值通过滞回比较器的参考。这些比较器控制飞行电容器的充电/放电行为作为电压误差函数。这种平衡技术提供了良好的动态性能与其他方法相比。

本文组织如下。五级浮动电容DVR的模型提出了部分二世。第三章研究完整的控制方案结构,包括三种不同的控制子系统,即滤波器输出电压控制器,重复控制结构的负载电压,和浮动电容电压调整器方案,以及多级转换器操作使用的调制方法。仿真结果获得通过实现控制系统和五级浮动电容DVR在第四部分给出了MATLAB。最后,给出了主要结论节V。

LITEARTURE调查:

研究工作一直在报道几种DVR多层次的拓扑结构,但到目前为止,似乎没有工作已经发表在DVR通过使用FC多级转换器。本文设计的DVR的闭环控制系统通过使用五级浮动电容转换器,基于所谓的重复控制。重复控制最初是应用于消除电机速度波动,但它也被成功地应用在电力电子应用中,如三相整流器的功率因数控制和有源滤波器控制。

DVR的配置

五级FC:

图1显示了两种不同的拓扑的飞行电容器多级转换器。

图1中的转换器(a)提供了三个级别的输出电压和电容C1被指控飞往Vdc / 2,而图1 (b)描绘了一个阶段的腿五级浮动电容转换器。飞行电容器多级转换器拓扑的一个优势是,扩展转换器有超过三个层次比在neutral-point-clamped容易选择。读图1所示的5级拓扑(b),扔电容C1, C2, C3被指控,3 Vdc / 4,分别Vdc / 2和Vdc / 4,。因此,每个开关必须块只有一个电压值等于Vdc / 4,允许使用交换机与评级较低的电压与传统的两级变换器。有几个开关组合对于相同的给定的输出电压,这被称为冗余切换[7]。这些开关组合导致不同充电或放电状态的自由飞行的电容电压平衡。综合解释开关组合和他们的结果可以在[7]。

b . DVR连接系统:

DVR的位置放置在网格和敏感设备图2所示。假定不同的负载连接到公共连接点(PCC),如线性负载(如感应电动机),非线性负载,和敏感设备。五级的DVR由浮动电容电压源变换器和能量储存提供必要的直流环节电压。串联的DVR是通过变压器的耦合。一个被动的LC滤波器用来滤除高次谐波PWM生成的过程。

一行的等效电路系统图2图3中所示,其中Vs是电源电压,z模型的线路阻抗_年代供应,是当前注入,通过的电流将在PCC分为敏感设备我(当前分为当前通过耦合变压器和当前通过滤波电容器ic),和当前注入到负载。PCC的电压测量电压,代表了DVR的电压被建模为一个理想的电压源,参数是电阻和漏电感,变压器,而分别是一起使用的电容耦合变压器漏电感高频谐波过滤掉。最后,通过滤波电容器的电压,测量电压敏感设备,分别。

敏感设备的电压v的方程可以写成

控制系统和调制策略

答:控制系统输出电压的LC滤波器:

比例状态反馈控制器和前馈项(2),提出了使用以下结构:

b相移脉宽调制:

介绍每个载波的转变阶段,确保一个有效的切换频率,提高了输出电压总谐波失真,而频率调制比收益。对于三相的情况,三种调制信号的转变阶段使用120年。

c .浮动电容电压控制:

从理论上讲,相移PWM方法能够浮动电容电压平衡。然而,在实际实现中,可能有因素,如不对称条件下,不同特性的电源开关,等,产生飞电容电压不平衡。因此,控制方案,保证FC电压的平衡,是必需的。

电压控制是基于一个纠正的闭环控制方案,为每一个开关,通过添加一个方波调制信号,以增加或减少电容器电压。

仿真结果

图2所示的测试系统是用来进行一个全面的模拟场景,多级DVR及其控制系统显示出它们的价值

以下假设的事件序列发生:1)非线性负载连接在时刻0和飞行的充电电容也开始在这个时间点上,这一过程是完全完成时间0.6秒;2)。在这一点上,整个控制系统被激活和DVR是连接到网格一起inductiveresistive负载(敏感负载);3)时间0.7 - -1.1年代,感应电动机1被认为是与一个常数0.98 p.u。转子转速;4)从0.8到1.1年代,two-phase-to-ground短路故障在PCC应用通过一个1.8 -电阻;5)第二感应电动机进入操作穿过断层期,0.9年代直到仿真的结束时间;6)非线性负载断开连接在1.3秒,在这个时间点,第二个在PCC发生短路故障应用;这一次,有一个three-phase-to-ground错,持续时间为20毫秒。整个模拟时间是1.6秒。

图6 (a)和(b)显示的结果中,线性负载(感应电动机1)和非线性负载相连。图5块相间电压在PCC (Vpccab):可以看出波形失真,由于整流器的谐波电流产生。同时,线性负载提供的总电流,整流器,在PCC敏感设备造成电压降。PCC的电压的均方根值10.52 kV(95.6%的11 kV)基频分量,而电压总谐波失真(THD = 8.48%。

敏感设备的电压是绘制在图7:DVR,由控制系统,补偿不平衡电压的快速瞬态响应由于sensitiveequipment电压前馈项,重复控制确保零点跟踪误差在稳定状态。基频分量的有效值等于11 kV三相间电压敏感负荷,而电压总谐波失真(THD ab = 0.90%,公元前THD和ca = 0.91% = 1.02%。

图8显示了三个五级转换器的输出电压与参考点(0(见图1)。由于B阶段没有参与故障,DVR注入一个较低的电压值比其他在这个阶段两个阶段。因此,电压Vbo有几个未使用的,不像农村村民,Vco电压,所有使用五个层次。

傅里叶分析表明,行线电压的基频分量是11 kV,波形电压总谐波失真0.91%。

结论

摘要DVR基于五水平浮动电容变换器由一个重复控制方案。这种控制结构同时抵消了电压凹陷、电压失衡,除了高频开关谐波和电压谐波。控制系统分为三个子系统:第一个致力于消除滤波器的谐振峰值用于变换器输出电压;而第二个是重复的控制,确保了快速瞬态响应和零点跟踪误差的稳态正弦参考和任何正弦扰动的频率是基频的整数倍数。最后,第三子系统保持常数,飞电容电压平衡。

控制系统,DVR一起,在MATLAB中实现全面使用MV测试系统的仿真结果表明DVR的优秀性能和控制系统为了保护从PQ扰动敏感设备。

引用

m·h·j·博伦,了解电能质量问题:电压凹陷和中断。皮斯卡塔韦,新泽西:IEEE出版社,2000年。
诉伊曼努尔和g . Yankanchi波形合成技术对电压凹陷补偿使用动态电压调节器(dvr),“在Proc。IEEE电力Eng。Soc。大会,2006年6月,页1 - 7。
n . g . Hingorani IEEE Spectr“引入定制的权力,”。,32卷,不。1995年6月6 41-48页。。
a . Arulampalam z长江,n .詹金斯“四线基于一个三维的动态电压调节器电压空间矢量pwm算法,“IEEE反式。电力电子。,18卷,不。4,第1102 - 1093页,2003年7月。
l .徐和v . g . Agelidis“电容器基于多电平pwm变换器的upfc飞行,”Proc。本月,选出。Eng。,Electr. Power Appl., vol. 149, no.4, pp. 304–310, Jul. 2002.
e .据v . g . Agelidis o·阿纳,和t·j·e·米勒,电力电子在电力系统控制。牛津大学,英国:Newnes, 2001年。
c·冯、j .梁和v . g . Agelidis”修改后的相移pwm控制飞行电容器多级转换器,“IEEE反式。电力电子。,22卷,不。1,第185 - 178页,2007年1月。
j . Arrillaga黄懿慧刘,n R。华生,灵活的电力传输。直流选项。奇切斯特,英国:威利,2007年。
a . Ghosh和g . Ledwich电能质量增强使用自定义电力设备。Norwell, MA:血案》,2002年版。
j·罗德里格斯,js。赖,f . z彭”,多电平逆变器拓扑结构的调查,控制,和应用程序,”IEEE反式。印第安纳州。电子。,vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002.