关键字 |
| 动态电压恢复器，电压跌落，电压膨胀，电能质量。 |
介绍 |
| 众所周知，电力质量面临着各种各样的问题，如电压跌落/膨胀、浪涌、闪烁、电压不平衡、中断和谐波失真，电压跌落/膨胀比其他电能质量问题发生得更频繁，而且这些跌落/膨胀是配电系统中最严重的电能质量干扰。动态电压恢复器(DVR)是为提高电能质量性能而创建的最重要的定制电源设备之一。DVR通过补偿共同耦合点(PCC)的电压凹陷/膨胀和电压不平衡，将负载电压维持在名义量级和相位。这些系统能够通过增加与电源电压串联的适当电压来补偿电压下降，从而防止功率损失[1]。 |
| 由不对称的线对线、单线对地、双线对地和对称的三相故障引起的电压跌落/膨胀。DVR注入独立电压以恢复并保持对其标称值的敏感，可以通过选择适当的幅值和相位角[10]来实现为补偿目的的零功率或最小功率DVR注入功率。电压下降可以在任何时刻发生，幅度从10-90%不等，持续时间为半个周期到一分钟。另一方面，电压膨胀被定义为均方根电压持续时间从0.5个周期增加到1分钟。典型的震级在1.1到1.8之间。IEEE 519 1992和IEEE 1159-1995描述的电压下降/膨胀如图1所示。 |
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| 由于电压膨胀在配电系统中不太常见，所以它们不像电压下降那么重要。电压凹陷和膨胀会导致敏感设备(如在半导体或化工厂中发现的)失效或关闭，以及产生大的电流不平衡，可能会破坏熔断器或跳闸。这些影响对客户来说可能非常昂贵，从微小的质量变化到生产停机和设备损坏[2]。Nielsen等人提出了各种系统拓扑，并进行了验证和比较，以检查DVR性能[3]。Vilathgamuwa和Parera[4]提出了DVR故障后控制策略。其中，基于锁相环实现了最低电压或最低能量的DVR操作。Marie等人提出了基于对称分量[5]的DVR最小电压控制策略。提出了一种简单的DVR，并将傅里叶变换(FT)应用于垂度检测[6]。Hbridge多级IGBT VSC采用闭环控制方案，仅用于缓解平衡/不平衡电压跌落。其中，采用了基于级联h桥多电平逆变器拓扑结构的DVR结构，以消除插入变压器的需要。 In the work of M. I. Marei et.al, an energy optimized control scheme for a transformer less DVR has been presented [8]. The D.C. link minimum energy injection control method is presented the work of Il-Yop Chung et.al. The DVR is connected in series with the load and it is a direct voltage control method. The shunt connected compensators are indirect controller in which line current is controlled. Hence DVR is an effective compensator for dynamic PQ disturbances [9]. The design and analysis of the inverter- side filter used for DVR has been presented in the work of S. S. Choi et.al [10]. C. Zang et. al work presents a three dimensional voltage space vector PWM algorithm to analyze the four-wire DVR[11]. The techniques of the supply voltage compensation with minimum energy are presented in the work of M.R. Banaei et.al [12]. |
| 本文提出了一种补偿多重电压跌落/膨胀的控制器。所提出的控制器使DVR快速反应以保持恒定的负载电压，无论是平衡的还是不平衡的多个凹陷/膨胀条件下的配电系统。DVR的主要优点之一是它在凹陷(膨胀)时注入(吸收)能量以保持负载电压恒定。DVR是一个串联补偿器，保护敏感负载不受电源侧电压失真和不平衡的影响。 |
系统模型和假设 |
| 1994年，L. Gyugyi提出了一种电力配电网动态电压恢复装置和方法。这种方法使用真实功率以注入故障电源电压，通常称为动态电压恢复器[14]。在本文的DVR设计中，主要包括电压源逆变器(VSI)、连接交流电压电源和敏感负载的注入变压器、直流储能装置以及如图2所示的控制系统。 |
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| DVR的主要功能是保护敏感负载免受来自网络的电压下降/膨胀。DVR通过注入变压器在源电压或电网与敏感负载之间串联。有几种类型的能量存储已用于DVR，如电池，电容和超导线圈。这些类型的能量存储是非常重要的，以提供有功和无功功率的DVR。控制器是DVR开关的重要组成部分。开关转换器负责从直流到交流的转换过程，并确保只有膨胀或凹陷电压注入到注入变压器。 |
| 三相DVR中使用的三相变压器连接可以配置为delta/open或星型/open连接。在高压侧发生不对称故障时，零序电流流动几乎为零，如果将配电变压器连接在Ä-Y处与中性点接地。作为这样的连接，DVR只减轻了正负序分量[15]。 |
DVR中的补偿方法 |
| 补偿策略的类型主要取决于DVR额定功率、各种负载条件、电压跌落类型等限制因素。有些负载对相角跳变敏感，有些负载对幅度变化敏感，而另一些负载对这些[16]耐受。因此，控制策略取决于负载特性的类型;DVR电压注入有三种不同的方法，分别是: |
| (一)预凹陷补偿法 |
| (二)同相补偿法 |
| (C)最小能量注入电压公差法 |
| (A)预凹陷/倾斜补偿法 |
| 预暂降方法连续跟踪电源电压，如果检测到电源电压有任何扰动，它将注入暂降或PCC电压与故障前状态之间的差值电压，从而使负载电压恢复到故障前状态。补偿电压在相位角和幅值上的跌落。敏感载荷可通过预垂补偿法实现，如图3所示。在这种方法中，注入有功功率是无法控制的，它是由外部条件如故障类型和负载条件决定的。DVR的电压如下: |
| VDVR = V预故障-Vsag |
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| (二)同相补偿法 |
| 在这种方法中，注入电压与供电侧电压相一致，与负载电流和故障前电压无关，如图4所示。预垂相位角与负载电压相位角不同，但满足了负载电压大小不变这一电能质量最重要的指标。负载电压为: |
| |VL| = |Vpre-fault| |
| 与其他方法相比，该方法的优点之一是在一定电压跌落时，DVR注入电压的幅值最小。该方法实际应用于对相位角跳变不敏感的载荷。 |
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| (C)最小能量注入电压公差法 |
| 电压的微小下降和相位角的微小跳跃都可以被负载本身所容忍。电压大小在标称电压的90%-110%之间，相角变化在标称状态的5% -10%之间，则不会影响负载的运行特性。该方法的控制参数是幅值和相位，可以通过小能量注入来实现。在该方法中，在负载电压公差范围内改变修正负载电压的相位角和幅度。负载上的电压降和相位角跳小，负载本身可以承受。负载对相位角跳变和电压大小的敏感性不同。 |
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提出控制技术 |
| DVR的控制系统起着重要的作用，要求在电压跌落/膨胀发生时快速响应。当检测到电压凹陷/膨胀时，DVR应尽快作出反应，并向电网注入交流电压。它可以使用空间矢量PWM控制技术，基于电压基准和瞬时值的电源和负载电压来实现。DVR中的控制器有各种基本规则:检测系统中出现的电压凹陷/膨胀;计算补偿电压，产生PWM逆变器的触发脉冲，并在事件发生后停止触发脉冲。dq0方法给出了电压跌落深度(d)和相移(q)随开始时间和结束时间的信息。根据式(1)、式(2)、式(3)将负载电压通过park变换变换为VD、VQ、V0。 |
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| 锁相环用于产生与主电压相一致的单位正弦波。给出了利用PWM技术产生三相脉冲的abc分量。所提出的控制技术块如图6所示。 |
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模拟及结果 |
| 通过对源电压在各种干扰条件下的测试，可以观察到DVR性能的好坏。针对低压配电系统中平衡电压和不平衡电压的跌落/膨胀，对所提出的控制算法进行了测试。 |
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| 第一个模拟显示单相电压跌落。如图9 (a)所示，以电源电压50%下垂开始的仿真，也显示在0.1秒开始出现50%电压下垂，一直保持到0.2秒，总电压下垂持续时间为0.1秒。图9 (b)为DVR辅助注入的电压，(c)为补偿后的负载电压。由于DVR，负载电压保持在1 PU。图10显示了电网出现50%三相电压凹陷的情况，注入电压和负载电压如图所示。 |
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| 第二个仿真显示了DVR在电压膨胀条件下的性能。在平衡电压膨胀的情况下，源电压增加了约20- 25%的标称值。平衡三相电压膨胀的仿真结果如图12(a)所示。图12(b)和(c)分别显示了注入电压和负载电压。膨胀电压发生在0.1秒的时间持续时间内，0.2秒后电压将恢复到正常值。从结果可以看出，在DVR的帮助下，负载电压保持在标称值。图11 (a)、(b)、(c)分别为单相电压膨胀、DVR注入电压和负载电压。此外，由于SLG故障。如图13(a)所示，故障发生后立即产生不平衡电压暂降，其中两个相电压的电源电压下降到60-80%。 |
结论 |
| 在matlab/Simulink的帮助下，对DVR作为一种强大的自定义电源设备进行了全面研究。与其他方法相比，DVR的主要优点是成本低、实现简单、计算量少、控制简单。仿真结果表明，该DVR能够有效地缓解电压的跌落和膨胀。DVR可以毫无困难地处理平衡和不平衡的情况。它注入适当的电压组件，以迅速纠正电源电压中的任何异常;此外，所提出的控制策略还能有效地补偿配电系统中的PQ扰动，使负载电压保持在标称值上的平衡和恒定。 |
参考文献 |
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