動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，非線性負(fù)載和電力電子裝置應(yīng)用廣泛，它們對(duì)電壓擾動(dòng)極其敏感，幾個(gè)周波的電壓擾動(dòng)可能導(dǎo)致它們失靈或徹底損壞。在各種電壓擾動(dòng)或干擾因素中，電壓跌落尤為明顯，并已成為影響諸多用電設(shè)備正常運(yùn)行的非常嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。而且電壓跌落具有不可預(yù)見性，影響范圍較大，會(huì)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，利用補(bǔ)償裝置消除瞬

2、時(shí)電壓跌落、提高電能質(zhì)量非常必要。</p><p>　　本文以動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（Dynamic Voltage Restorer,DVR）為研究對(duì)象，首先介紹了研究DVR的目的意義和DVR的發(fā)展概況，闡述了其主電路結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)主電路結(jié)構(gòu)的選擇以及參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論分析。</p><p>　　其次，在目前跌落電壓特征量的檢測(cè)方法中，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相dq變換檢測(cè)方法應(yīng)用廣泛，

3、但需要考慮由單相電壓虛構(gòu)三相電壓的問(wèn)題。本文討論了Hilbert變換檢測(cè)法和小波變換檢測(cè)法，并通過(guò)仿真比較，確定小波變換檢測(cè)法具有較好的檢測(cè)性能；對(duì)比了目前廣泛使用的滯環(huán)控制和定時(shí)控制兩種跟蹤型PWM控制方式，選取定時(shí)控制的瞬時(shí)值比較方式作為DVR中PWM逆變器的控制方法。</p><p>　　最后，在理論研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB中的SimPowerSystems工具箱對(duì)DVR進(jìn)行了建模仿真，對(duì)比了電網(wǎng)中發(fā)

4、生電壓跌落、電壓上升和電壓跌落并伴有諧波等幾種電能質(zhì)量問(wèn)題時(shí)DVR的補(bǔ)償性能。仿真結(jié)果證明了DVR所采用的檢測(cè)方法和控制策略的正確性，且具有較好的補(bǔ)償特性，且能夠同時(shí)解決電網(wǎng)中的多種電能質(zhì)量問(wèn)題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；電壓跌落；MATLAB仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

5、t;　　With the development of modern science and technology,the nonlinear loads and powerelectronics equipment are widely applied.Those loads are generally sensitive to electricaldisturbances which may cause them to malfun

6、ction or even to fail.Among various powerinterruption or disturbance factors,voltage sags are currently the largest cause of disruption inpower supply systems.Voltage sags are unpredictable,this will result in considerab

7、leeconomic losses.Therefore,it’s very necessary that the use of </p><p>　　This paper takes the dynamic voltage restorer as the research object.Firstly,the background and signification of the research work is

8、 introduced,and the domestic and</p><p>　　oversea development of DVR is summarized,and then the system configuration and basicoperation principle are discussed，the choose of DVR main circuit structure and th

9、e design ofthe circuit parameters are analyzed on the theory.</p><p>　　Secondly,single-phase voltage dq transform detection method based on instantaneousreactive power theory is widely used，but the construct

10、ion of three-phase voltage bysingle-phase need be considered.The detection method based on hilbert transform andwavelet transform are discussed and simulated to ensure that the latter has better excellentfunction.The two

11、 tracing PWM control approaches which have been widely used arediscussed,the timer-control hysteresis PWM control method is fit on the DVR bette</p><p>　　Finally,the simulation model of the DVR based on the

12、theoretical analysis is built upwith SimPowerSystems of MATLAB,and several kinds of voltage sag in the single-phaseand three-phase system are simulated respectively.The simulation results show that thedetection method an

13、d control strategy which are used in DVR are of a good compensationcharacteristics,and DVR can solve multiple power quality problems in the power systems.</p><p>　　Key words:Power quality,Dynamic voltage res

14、torer,Voltage sag,MATLAB simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒 論1</b><

15、;/p><p>　　1.1 電能質(zhì)量問(wèn)題概述1</p><p>　　1.1.1電能質(zhì)量概念1</p><p>　　1.1.2 電能質(zhì)量問(wèn)題分類1</p><p>　　1.2 電壓跌落3</p><p>　　1.2.1電壓跌落產(chǎn)生的原因3</p><p>　　1.2.2電壓跌落的危害4&l

16、t;/p><p>　　1.2.3電壓跌落的抑制方式4</p><p>　　1.3 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4 MATLAB/SIMULINK簡(jiǎn)介7</p><p

17、>　　1.5 本論文的主要工作7</p><p>　　2 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的工作原理與結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.1 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的基本結(jié)構(gòu)與原理9</p><p>　　2.2 DVR的工作模式9</p><p>　　2.3 DVR的電壓補(bǔ)償策略10</p><p>　　3 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的主電路參

18、數(shù)設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 主電路的結(jié)構(gòu)選擇12</p><p>　　3.1.1 逆變器的選擇12</p><p>　　3.1.2 串聯(lián)變壓器12</p><p>　　3.1.3 輸出濾波器13</p><p>　　3.1.4 直流儲(chǔ)能單元的選取14</p><p>　　

19、3.2 DVR主電路參數(shù)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1 DVR容量15</p><p>　　3.2.2 直流測(cè)電壓15</p><p>　　3.2.3 串聯(lián)側(cè)濾波電路15</p><p>　　3.2.4 主電路參數(shù)的設(shè)定15</p><p>　　4 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落檢測(cè)17</p&g

20、t;<p>　　4.1 現(xiàn)有的電壓跌落檢測(cè)方法17</p><p>　　4.1.1 有效值計(jì)算法17</p><p>　　4.1.2 峰值電壓法17</p><p>　　4.1.3 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的dq變換檢測(cè)法17</p><p>　　4.2 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)方法18</p>

21、<p>　　4.2.1 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)方法概述18</p><p>　　4.2.2 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)原理18</p><p>　　4.2.3 Hilbert變換檢測(cè)的仿真模型19</p><p>　　4.2.4 短時(shí)電壓波動(dòng)的檢測(cè)與分析19</p><p>　　4.3 小波變換檢測(cè)法

22、22</p><p>　　4.3.1 小波變換的理論23</p><p>　　4.3.2 小波函數(shù)的選取24</p><p>　　4.3.3 分解層數(shù)的確定24</p><p>　　4.3.4 應(yīng)用小波變換模極大值檢測(cè)分析暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題25</p><p>　　4.3.5 短時(shí)電壓波動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)與分析26

23、</p><p>　　5動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的控制策略33</p><p>　　5.1 滯環(huán)控制比較方式33</p><p>　　5.1.1 滯環(huán)控制比較方式的原理33</p><p>　　5.1.2 基于滯環(huán)控制的系統(tǒng)仿真34</p><p>　　6動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的仿真試驗(yàn)37</p><p&

24、gt;　　6.1 單相系統(tǒng)的仿真補(bǔ)償試驗(yàn)37</p><p>　　6.1.1 電壓跌落20%的補(bǔ)償試驗(yàn)37</p><p>　　6.1.2 電壓跌落50%的補(bǔ)償試驗(yàn)38</p><p>　　6.1.3 電壓跌落70%的補(bǔ)償試驗(yàn)38</p><p>　　6.2 三相系統(tǒng)的仿真補(bǔ)償試驗(yàn)39</p><p>　　6

25、.2.1 三相電壓跌落的補(bǔ)償試驗(yàn)40</p><p>　　6.2.2 三相電壓跌落且三相不平衡的補(bǔ)償試驗(yàn)41</p><p>　　6.2.3 三相電壓跌落并伴有諧波的補(bǔ)償試驗(yàn)41</p><p><b>　　結(jié) 論43</b></p><p><b>　　致 謝45</b>&l

26、t;/p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)46</p><p><b>　　1緒 論</b></p><p>　　1.1 電能質(zhì)量問(wèn)題概述</p><p>　　1.1.1電能質(zhì)量概念</p><p>　　所謂電能質(zhì)量，是指把發(fā)電廠發(fā)出的電能，看成是一種商品，從而對(duì)他的各種技術(shù)指標(biāo)作出規(guī)定，以判斷其是

27、否合格。但是由于人們看問(wèn)題的角度不同，所以迄今為止，對(duì)電能質(zhì)量的技術(shù)含義仍存在著不通的認(rèn)識(shí)，還不可能給出一個(gè)準(zhǔn)確統(tǒng)一的定義。在國(guó)外對(duì)于“電能質(zhì)量”這一用詞長(zhǎng)期以來(lái)都比較混亂直到1968年，一篇關(guān)于美國(guó)海軍電子設(shè)備用電源規(guī)范要求的研究論文最先規(guī)范使用了“Power Quality”這一術(shù)語(yǔ)，并給出相應(yīng)的技術(shù)定義：“喝個(gè)電能質(zhì)量的概念，是指提供給銘感設(shè)備的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)是適合于該設(shè)備與設(shè)備之間的相互作用和影響，以及電源與設(shè)備之間的相互

28、作用的影響，并以此為基礎(chǔ)，制定出了一系列相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容術(shù)語(yǔ)與電能質(zhì)量術(shù)語(yǔ)有橫打的重疊性。我國(guó)一般采用“電能質(zhì)量”這一術(shù)語(yǔ)，對(duì)于電能質(zhì)量也有不同的定義，在眾多的電能質(zhì)量定義中，將電能質(zhì)量定義為“導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓，電流或頻率的偏差”。這個(gè)定義比較簡(jiǎn)明，也概括了電能質(zhì)量問(wèn)題的成因和后果。</p><p>　　下面是幾種常用的定義：</p><p>　?。?）文獻(xiàn)

29、認(rèn)為“電能質(zhì)量”是“任何明顯引起電壓、電流或頻率偏移并由此導(dǎo)致用戶裝置故障或誤動(dòng)作的電能問(wèn)題”；</p><p>　?。?）IEC(1000-2-2/4)標(biāo)準(zhǔn)將“電能質(zhì)量”定義為“供電裝置正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性”；</p><p>　?。?）IEEE Std.1100-1999將“電能質(zhì)量”定義為“滿足電子裝置的運(yùn)行條件，并能夠以一種與主布線系統(tǒng)及其它相關(guān)裝置相協(xié)

30、調(diào)的方式驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電子裝置”；</p><p>　　（4）文獻(xiàn)將“電能質(zhì)量”簡(jiǎn)明的表示為“電壓或電流的幅值、頻率、波形等參量距規(guī)定值的偏差”。</p><p>　　可以看出上述的定義都主要考慮到電力用戶方，主要是為保證負(fù)荷的正常運(yùn)行。</p><p>　　1.1.2 電能質(zhì)量問(wèn)題分類</p><p>　　理想的供電電壓應(yīng)該是純正的正弦波形，具

31、有標(biāo)稱幅值和標(biāo)稱頻率，并且三相對(duì)稱。然而由于從發(fā)電到用電各環(huán)節(jié)中的非離線因素的影響，施加到負(fù)載上的電壓幅值、頻率、波形中的一相或幾相可能偏離標(biāo)稱值或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。電壓波形、幅值和頻率偏離標(biāo)稱值達(dá)到一定的范圍時(shí)，電力用戶和電網(wǎng)的運(yùn)行就會(huì)受到一定程度的影響和損害，這就產(chǎn)生了電能質(zhì)量為問(wèn)題。國(guó)際電力電子工程師協(xié)會(huì)IEEE根據(jù)電壓擾動(dòng)的頻譜特征、持續(xù)時(shí)間、幅值變化等將其進(jìn)行了細(xì)分并對(duì)供電系統(tǒng)典型的電磁干擾現(xiàn)象進(jìn)行了特征分類，初步建立了“電能質(zhì)量”概

32、念體系。</p><p>　　電能質(zhì)量問(wèn)題主要分為電流質(zhì)量問(wèn)題和電壓質(zhì)量問(wèn)題。系統(tǒng)是一電壓型電源，只要電網(wǎng)電壓的幅值、頻率在許可范圍之內(nèi)、電壓的波形為正弦波且三相對(duì)稱，就可以認(rèn)為不存在電能質(zhì)量問(wèn)題。本文研究的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是針對(duì)負(fù)載側(cè)電壓的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，因此文中所涉及到的電能質(zhì)量問(wèn)題主要指電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。</p><p>　　電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量和動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量。參照美國(guó)電氣和電子工

33、程師協(xié)會(huì)(IEEE)第22標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)委員會(huì)(電能質(zhì)量)和其他一些國(guó)際委員會(huì)的推薦，描述電能質(zhì)量問(wèn)題的術(shù)語(yǔ)主要包括以下幾個(gè)：電壓不平衡(Volatage unblance)、過(guò)電壓(Over voltage)、欠電壓(Under voltage)、電壓跌落(Sag)、電壓驟升(Swell)、供電中斷(Interruption)、或閃變(Flicker)、等。其中，前三種現(xiàn)象一般視為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，后者為動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，各種電能質(zhì)量問(wèn)題特

34、點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 電壓不平衡（Voltage unbalance）：是指三項(xiàng)典雅的幅值或相位不對(duì)稱。不平衡的程度用不平衡度（電壓負(fù)序分量和正序分量的均方根值百分比）來(lái)表示，典型的三項(xiàng)不平衡是指不平衡度超過(guò)2%，短時(shí)超過(guò)4%。在電力系統(tǒng)中，各種不平衡工業(yè)負(fù)荷以及各種接地短路故障都會(huì)導(dǎo)致三相電壓的不平衡。</p><p>　　(2) 電壓跌落（sags）：電壓有效值降至額定

35、值的10%-90% ,持續(xù)時(shí)間為0.5-30個(gè)周期。</p><p>　　(3)電壓中斷 (interruptions) ：在一相或多相線路中完全失去電壓 (低于額定值的10% )一段時(shí)間。持續(xù)時(shí)間0.5個(gè)周期至 3ｓ為瞬時(shí)中斷；持續(xù)時(shí)間3ｓ至60s為暫時(shí)中斷；持續(xù)時(shí)間大于60s為電壓中斷。</p><p>　　(4)電壓上升（swells）：電壓或電流有效值升至額定值的110%以上，典型

36、值為額定值的110% -180% ,持續(xù)時(shí)間為0.5-30個(gè)周期。</p><p>　　(5)電壓瞬變(transient)：是指在一定時(shí)間內(nèi)電壓在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)量之間的變化，電壓瞬變可以是任意極性的單方向脈沖或是第一個(gè)峰值為任意極性的衰減振蕩波。</p><p>　　(6)過(guò)電壓(over-voltages)：電壓為額定值的110%-120%，持續(xù)時(shí)間大約為1min。</p>&

37、lt;p>　　(7)欠電壓(under-voltages)：電壓為額定值的80%-90%，持續(xù)時(shí)間大約為1min。</p><p>　　(8)電壓波動(dòng)(fluctuations)(閃變 )：電壓波動(dòng) (閃變 )是指電壓幅值在一定范圍內(nèi)有規(guī)律地或隨機(jī)地變化。其電壓幅值的變化通常為額定值的90% -110%。這種電壓波動(dòng)常稱為電壓閃變。</p><p><b>　　1.2 電壓

38、跌落</b></p><p>　　電壓跌落（sags，又可稱dips）是指在某一時(shí)刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍，經(jīng)很短的一段時(shí)間后又恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。目前，多數(shù)文獻(xiàn)都用跌落的幅值和持續(xù)時(shí)間來(lái)作為描述電壓跌落的特征量，但對(duì)幅值大小和持續(xù)時(shí)間的界定范圍還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在IEEE電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電壓跌落特征量的界定范圍是幅值標(biāo)么值在0.1~0.9之間，持續(xù)時(shí)間為半個(gè)周期至1分鐘；而IEC標(biāo)

39、準(zhǔn)則用跌落前后電壓的差值與正常電壓的百分比來(lái)描述電壓跌落的深度，持續(xù)時(shí)間限定為半個(gè)周期至幾十秒。此外，有的文獻(xiàn)把電壓相位偏移角和發(fā)生頻率也作為描述電壓跌落的特征量。也稱為暫降、驟降等。</p><p>　　大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電壓跌落是發(fā)生在頻率最高、影響最嚴(yán)重、造成的經(jīng)濟(jì)損失最大的一類動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，美國(guó)300多哥電能質(zhì)量檢測(cè)器從1993年到1995年的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，高達(dá)92%的擾動(dòng)事件是電壓跌落，他們的持續(xù)

40、時(shí)間大多數(shù)不到2秒鐘。持續(xù)時(shí)間在2秒鐘到10分鐘之間的電壓中斷僅占4%，其余的電能質(zhì)量問(wèn)題占余下的4%。日本關(guān)西電力公司統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：大多數(shù)電壓跌落為跌幅20%以內(nèi)、持續(xù)時(shí)間100ms以內(nèi)的故障。</p><p>　　1.2.1電壓跌落產(chǎn)生的原因</p><p>　　實(shí)際電力系統(tǒng)中，線路的阻抗不可能為零，因此當(dāng)電流增加時(shí)線路兩端的壓差也隨著增大。正常運(yùn)行請(qǐng)款下，壓差并不大，但是當(dāng)線路的電流

41、急劇增大或線路阻抗增加很大時(shí)，線路兩端的電壓差將明顯增大，于是就產(chǎn)生了電壓跌落。因此根據(jù)電壓跌落引起的原理，可將跌落產(chǎn)生原因分為兩大類：一種是由電流增大引起的；另一種是由系統(tǒng)阻抗增大引起的。其中最常見的是電壓跌落產(chǎn)生原因有兩種： </p><p>　　(1) 故障點(diǎn)引起的電壓跌落</p><p>　　當(dāng)輸電網(wǎng)或者配電網(wǎng)中出現(xiàn)電路故障時(shí)，電流急劇增大，在公共電壓連接點(diǎn)產(chǎn)生電壓跌落。同時(shí)跌落沿

42、著電網(wǎng)擴(kuò)散而給大量用戶造成問(wèn)題。電壓跌落的幅值由短路故障類型和故障點(diǎn)距離決定，電壓跌落持續(xù)時(shí)間則取決于保護(hù)的類型，在半個(gè)周波到數(shù)秒鐘變化。故障分為都城和不對(duì)稱故障，因此產(chǎn)生的電壓跌落也可能是對(duì)稱的，也可能是不對(duì)稱的。</p><p>　　(2) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓跌落</p><p>　　感應(yīng)電機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，需要聰系統(tǒng)汲取的電流值是滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的5-10倍，這一大電流流經(jīng)系統(tǒng)阻抗時(shí)

43、，會(huì)引起電壓的突然下降。這種跌落的深度取決于感應(yīng)電機(jī)特性和連接處的短路容量，跌落持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)。</p><p>　　其他的如：變壓器勵(lì)磁涌流、開關(guān)操作、電容器組的投切以及上述各種因素的組合都會(huì)引起電壓跌落。</p><p>　　1.2.2電壓跌落的危害</p><p>　　電壓跌落已被認(rèn)為是影響許多用電設(shè)備正常、安全運(yùn)行的較嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。電壓跌落對(duì)設(shè)備造

44、成最直接的影響就是由于電壓較額定電壓低，當(dāng)?shù)涑掷m(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備得不到足夠的能量而無(wú)法正常工作；電壓跌落同時(shí)會(huì)引起一些保護(hù)繼電器動(dòng)作，直接將設(shè)備推出運(yùn)行；對(duì)于大多數(shù)微機(jī)及微電子控制設(shè)備，電壓跌落的恢復(fù)過(guò)程，會(huì)引起微機(jī)的重新啟動(dòng)。會(huì)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。電壓跌落對(duì)現(xiàn)代社會(huì)造成的危害總結(jié)為以下四個(gè)方面：</p><p>　?。?）電壓跌落對(duì)人們的日常生活有很大的影響。</p><p>　?。?/p>

45、2）電壓跌落對(duì)信息業(yè)有很大的影響。</p><p>　?。?）電壓跌落對(duì)大型敏感工業(yè)用戶造成很大的危害。</p><p>　?。?）電壓跌落對(duì)現(xiàn)代社會(huì)廣泛應(yīng)用的電子設(shè)備影響也很大。</p><p>　　1.2.3電壓跌落的抑制方式</p><p>　　電壓跌落的抑制可通過(guò)供電方和設(shè)備制造廠家兩方面來(lái)共同解決，對(duì)于設(shè)備制造廠家來(lái)講，要求降低設(shè)備

46、對(duì)電壓跌落的“敏感度”，也就是提高設(shè)備對(duì)電壓跌落的“免疫力”，本文對(duì)這方面的技術(shù)不做詳細(xì)討論。對(duì)于供電方來(lái)講，應(yīng)該提供給用戶的是合格的電壓，到目前為止，已有若干個(gè)產(chǎn)品可用來(lái)抑制電壓跌落。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，提出了一種新的補(bǔ)償方式，即:基于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的用戶電力技術(shù)(Custom Power)。用戶電力技術(shù)是由美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)的N.G Hingorani博士于1988年提出的,可以解決電壓跌

47、落、上升、瞬時(shí)中斷等配電系統(tǒng)擾動(dòng)所引起的種種問(wèn)題。用戶電力技術(shù)是指把大功率電力電子技術(shù)和配電自動(dòng)化技術(shù)綜合起來(lái)，以用戶對(duì)供電力的可靠性和電能質(zhì)量要求為依據(jù)，為用戶配置所需要的電力。用戶電力技術(shù)概念的提出，有力地推動(dòng)了在提高配電可靠性和優(yōu)化電能質(zhì)量方面應(yīng)用電力電子技術(shù)控制設(shè)備的研究和實(shí)用化工作。作為基于電力電子技術(shù)的柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)技術(shù)已成為改善電能質(zhì)量的有力工具，該技術(shù)的核心器件IGBT比GTO具有更快的開關(guān)頻率，因此DF

48、ACTS裝置具有更快的響應(yīng)特</p><p><b>　　常用的方法有:</b></p><p>　　(1)變壓器分接頭調(diào)節(jié)器。目前該產(chǎn)品可在一個(gè)半周波內(nèi)完成調(diào)整，由于受變壓器分接頭的調(diào)節(jié)范圍限制，僅在一定程度上減輕電壓跌落的影響。</p><p>　　(2)磁諧振變壓器CTV(Constant Voltage Transformer)。在電壓

49、跌落下降到正常值的70%時(shí)仍能提供平穩(wěn)電壓支撐，效率在70%-75%，體積比標(biāo)準(zhǔn)變壓器稍大，容量通常咋20KV一下。</p><p>　　(3)靜止開關(guān)切換STS(Static Transfer Switch)。負(fù)荷由雙電源供電（一個(gè)備用），當(dāng)供電電源發(fā)生電壓跌落時(shí)，STS可以在一個(gè)半周波內(nèi)將故障電源切除，備用電源投入，效率可達(dá)99%。缺點(diǎn)就是造價(jià)太高，對(duì)于重要的要求嚴(yán)格的負(fù)荷可以采用。</p>&

50、lt;p>　　(4)不間斷電源UPS(Uninterruptable Power Supply)。在減少電壓跌落和電壓中斷影響的裝置中，UPS是使用較廣泛的設(shè)備，當(dāng)?shù)陠T發(fā)生電壓跌落或者電壓中斷時(shí)，由UPS供電，提供給用戶合格的電壓，效率達(dá)到92%-97%。缺點(diǎn)是大榮來(lái)那個(gè)受限制，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。</p><p>　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR(Dynamic Voltage Restorer)。DVR串接在電源與

51、敏感負(fù)荷之間，當(dāng)電壓跌落發(fā)生時(shí)，DVR可以在ms級(jí)時(shí)間內(nèi)將電壓跌落補(bǔ)償成正常值。由于DVR只是在電壓跌落出現(xiàn)時(shí)，提供負(fù)荷滿足正常電壓所需的功率消耗，負(fù)荷所需的大部分功率還是由電源提供，因而DVR的效率很高，費(fèi)用低于UPS,STS，是抑制電壓跌落最有效的補(bǔ)償裝置。</p><p>　　1.3 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　由于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是一種比較理想的用戶端電壓電能

52、質(zhì)量的保護(hù)裝置，所以其研究成為了國(guó)內(nèi)外的一個(gè)熱點(diǎn)。尤其是在理論研究方面。目前動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的理論研究主要集中在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、檢測(cè)算法、控制方法、補(bǔ)償策略等方面。在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，主要研究不同的三相系統(tǒng)逆變器結(jié)構(gòu)對(duì)故障電壓補(bǔ)償效果的區(qū)別，高壓大功率逆變器在DVR中的應(yīng)用等；在檢測(cè)算法方面，主要研究如何快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出電網(wǎng)電壓的幅值，相位以及頻率的變化并生成負(fù)載電壓的參考指令；在控制方法的研究方面，主要的熱點(diǎn)是如何快速準(zhǔn)確的捕捉畸變電

53、壓，并對(duì)其進(jìn)行很好的補(bǔ)償，保證系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能；在補(bǔ)償策略方面，主要研究如何在儲(chǔ)存能量一定的情況下盡量的延長(zhǎng)補(bǔ)償電壓跌落的時(shí)間，即能量又呼阿德補(bǔ)償方式。</p><p>　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器不僅在理論研究方面取得了很多的成果，而且有不少產(chǎn)品已經(jīng)投入使用，并取得了良好的效果。第一臺(tái)工業(yè)應(yīng)用的DVR由西屋公司于1996年研制成功，安裝在美國(guó)北卡羅里納州Duke電力公司靠近一個(gè)自動(dòng)化紡織廠的12.47KV系統(tǒng)上，以

54、便對(duì)全廠提供電壓跌落保護(hù)。另外在Orian Rugs(USA)，Bonlac Foods(Australia)，Caledonian Paper(UK)等公司的網(wǎng)絡(luò)中均串入了DVR。如澳大利亞的Bonlac食品公司在對(duì)DVR試運(yùn)行后進(jìn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，該公司每年減少了2，453，400澳元的損失；據(jù)美國(guó)輸配電雜志報(bào)道，由ABB公司制造的兩臺(tái)容量各為22.5MVA的DVR于2000年在以色列一家著名的微處理器制造廠投入運(yùn)行，用以防止因電壓

55、跌落引起全廠跳閘而可能造成以百萬(wàn)元計(jì)的產(chǎn)品成為廢品，它可以彌補(bǔ)500ms的三相電壓跌落的35%和單項(xiàng)電壓跌落的50%?？梢?，DVR的應(yīng)用可以大大提高用戶的電壓質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是一種非常有應(yīng)用前景的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，各國(guó)的專家學(xué)者們已經(jīng)達(dá)成了這樣的共識(shí)：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是改善電壓型電能質(zhì)量問(wèn)題的最經(jīng)濟(jì)，</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　

56、　世界上第一臺(tái)DVR由Westinghouse公司于1996年研制成功，并安裝在Duke電力公司的12.47kV系統(tǒng)上，該裝置的容量為2MVA，主要用于抑制紡織廠供應(yīng)電壓的跌落。</p><p>　　隨后ABB公司研制的22kV/4MVA的DVR也成功地應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)廠的故障電壓恢復(fù)，它可在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落時(shí)迅速地(幾毫秒內(nèi))提供補(bǔ)償電壓以維持負(fù)荷電壓恒定。此外ABB公司還推出了基于IGCT的DVR，由于IGC

57、T結(jié)合了GTO和IGBT的優(yōu)點(diǎn)，這種動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器性能優(yōu)越，逆變器可靠性高，效率和安全性也很。</p><p>　　由ABB公司制造的兩套DVR(單套容量均為22.5MVA)，于2000年在以色列一家著名的微處理器制造廠投入運(yùn)行，用以防止因電壓跌落引起全廠跳閘而造成數(shù)百萬(wàn)美元的產(chǎn)品成為廢品的巨大經(jīng)濟(jì)損失。該DVR可補(bǔ)償持續(xù)時(shí)間達(dá)500ms的三相電壓下跌35%和單相電壓下跌50%的電壓跌落。</p>

58、<p>　　德國(guó)Siemens公司的SIPCON-S系列產(chǎn)品采用的是串聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑砜梢匝a(bǔ)償電網(wǎng)電壓波動(dòng)和諧波。根據(jù)西門子1998年的產(chǎn)品資料，可以總結(jié)出以下特點(diǎn)。</p><p>　?。?）系統(tǒng)因故障電網(wǎng)電壓降到額定值的50％時(shí)，SIPCON-S仍能正常工作；</p><p>　?。?）一般情況下SIPCON-S的容量為負(fù)載的20％～50％；</p><p&g

59、t;　?。?）系統(tǒng)電壓的過(guò)沖或跌落的補(bǔ)償可在2～3ms之內(nèi)完成；</p><p>　?。?）可以補(bǔ)償電網(wǎng)電壓不平衡；</p><p>　?。?）SIPCON-S產(chǎn)品的容量為幾十KVA到1MVA，可以對(duì)6MVA的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　除了上述的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器實(shí)例，世界上還有很多廠家和研究機(jī)構(gòu)正在研究各自的DVR，如日本的柱上式，美國(guó)威斯康欣大學(xué)等。<

60、;/p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)對(duì)電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置的研究總的來(lái)說(shuō)還處于剛起步的階段。1998年，我國(guó)國(guó)內(nèi)的高等學(xué)校和科研單位才開始對(duì)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行研究。目前，研究仍然處于理論研究和樣機(jī)研制階段，也取得了一些成果，清華大學(xué)，華北電力大學(xué)，西安交通大學(xué)，東南大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院電工研究所等都對(duì)DVR進(jìn)行了大量的研究實(shí)驗(yàn)并研制出DVR的試驗(yàn)樣機(jī)，所研制的DVR

61、樣機(jī)還有待于工業(yè)環(huán)境的檢驗(yàn)。但與國(guó)外相比還有很大的差距,主要是在容量和電壓等級(jí)方面，目前針對(duì)DVR的研究集中在如下幾方面：</p><p>　?。?）能量存儲(chǔ)單元的充放電技術(shù)。</p><p>　?。?）不同電壓等級(jí)下(特別是高電壓等級(jí))主電路結(jié)構(gòu)的選擇。</p><p>　?。?）電壓跌落檢測(cè)算法以及補(bǔ)償指令的產(chǎn)生。</p><p>　?。?/p>

62、4）DVR補(bǔ)償電壓跌落的動(dòng)態(tài)控制方法。</p><p>　　1.4 MATLAB/SIMULINK簡(jiǎn)介</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真是進(jìn)行現(xiàn)代科學(xué)研究的一種重要手段，在電力電子技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)方法已成為一種公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)、有效的設(shè)計(jì)方法。計(jì)算機(jī)仿真可以建立一個(gè)模擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，構(gòu)造出復(fù)雜并且精確的電路模型。通過(guò)仿真，對(duì)其進(jìn)行各方面性能的檢驗(yàn)，而不需要冒著損壞器件的風(fēng)險(xiǎn)，降低了開發(fā)

63、成本。目前，MATLAB及其SIMULINK可視化仿真平臺(tái)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在SIMULINK環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來(lái)畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分

64、方程建模相比，具有模塊化、可封裝、結(jié)構(gòu)圖編程以及高度可視化等特性，使仿真建模大大簡(jiǎn)化使用MATLAB軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有三個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)：</p><p>　?。?）電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫(kù)提供了經(jīng)常使用的各種電力元件的數(shù)學(xué)模型，并且提供了通過(guò)自己編程的方式來(lái)創(chuàng)建適合的元件模型的手段。</p><p>　?。?）MATLAB采用SCOPE模塊和其他的畫圖模塊，

65、在仿真進(jìn)行的同時(shí)，就可觀看到仿真結(jié)果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來(lái)迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的工作空間里事后處理。</p><p>　?。?）友好的界面。模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、MATLAB的許多工具及MATLAB的應(yīng)用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。</p>

66、;<p>　　1.5 本論文的主要工作</p><p>　　本文以動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器為研究對(duì)象，在了解動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器研究現(xiàn)狀和工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)其主電路結(jié)構(gòu)的選擇、電壓跌落的檢測(cè)方法及補(bǔ)償電壓發(fā)生電路的控制方式做了較深入的理論分析，并用仿真軟件MATLAB/SIMULINK對(duì)各部分進(jìn)行建模和仿真。本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排如下:</p><p>　　第一章介紹了電壓跌落的定義、分

67、類和起因，分析了電壓跌落的危害，討論了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，明確了本文研究的主要內(nèi)容。</p><p>　　第二章介紹動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的基本工作原理和主電路結(jié)構(gòu)，對(duì)其工作模式和補(bǔ)償策略也進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。</p><p>　　第三章討論了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器主電路結(jié)構(gòu)的選擇，并對(duì)主電路參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　第四章介紹了現(xiàn)有的電壓跌落檢測(cè)方法

68、，由于它們的不足和缺陷，采用Hilbert 變換與后差分相結(jié)合的方法和基于小波變換的檢測(cè)方法，并分別搭建仿真模型，通過(guò)仿真試驗(yàn)校驗(yàn)其檢測(cè)效果。</p><p>　　第五章給出了目前廣泛使用的滯環(huán)控制和定時(shí)控制兩種跟蹤型PWM控制方式，通過(guò)仿真對(duì)比分析了兩種控制方法應(yīng)用于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的正確性和可行性。</p><p>　　第六章在仿真軟件MATLAB/SIMULINK平臺(tái)上構(gòu)建DVR仿真模

69、型，包括DVR主電路模型、DVR檢測(cè)模塊和DVR控制模塊等，結(jié)合本文所采用的檢測(cè)方法，利用該模型對(duì)不同程度的單相電壓跌落和幾種三相電壓跌落問(wèn)題進(jìn)行仿真補(bǔ)償試驗(yàn)。</p><p>　　第七章對(duì)本文所做的工作進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　2 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的工作原理與結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的基本結(jié)構(gòu)與原理</p><p&g

70、t;　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）是面向電力負(fù)載的串聯(lián)動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，它相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)在電力系統(tǒng)和電力負(fù)荷之間動(dòng)態(tài)受控的電壓源。在配電系統(tǒng)正常供電情況下，DVR工作在備用狀態(tài)，其損耗是相當(dāng)?shù)偷?。?dāng)電網(wǎng)發(fā)生某種電壓質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，會(huì)在幾毫秒之內(nèi)向系統(tǒng)注入電網(wǎng)正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的電壓差，使得伏在上的電壓保持很定不變。圖2.1.1是DVR和系統(tǒng)連接及工作原理示意圖。</p><p>　　圖2.1DVR與系統(tǒng)連接及工作

71、原理示意圖</p><p>　　從圖中可以看出，典型的DVR大致可以分為以下幾部分：一是檢測(cè)控制單元；二是直流單元，包括直流電壓變換裝置和儲(chǔ)能元件；三是逆變側(cè)單元，包括逆變器、濾波器及串聯(lián)變壓器。在DVR中，每一個(gè)單元雖然在功能上相對(duì)獨(dú)立，但互有關(guān)聯(lián)，不可分割，在設(shè)計(jì)和控制上需要協(xié)調(diào)一致。</p><p>　　2.2 DVR的工作模式</p><p>　　本文討論的

72、DVR有三種工作模式。圖2-2為三種工作模式的運(yùn)行工作圖，分別稱為旁路模式、自檢模式和運(yùn)行模式。為了簡(jiǎn)便起見，圖中只畫出了一相。在旁路模式中，J1合上，J2～J3斷開，線路電流通過(guò)J1流入負(fù)載。在這種工作模式DVR主回路不工作。自檢模式中，J3斷開，J1～J2均合上，線路電流仍然通過(guò)J1流入負(fù)載，主電路工作在空載狀態(tài)。運(yùn)行模式中，J1斷開，J2～J3合上，線路電流通過(guò)J2、串聯(lián)變壓器、J3流入負(fù)載，此時(shí)，負(fù)載側(cè)電壓經(jīng)過(guò)DVR得到補(bǔ)償。&

73、lt;/p><p><b>　　(a）旁路模式</b></p><p><b>　　(b)自檢模式</b></p><p><b>　　(c)運(yùn)行模式</b></p><p>　　圖2.2 DVR的工作模式</p><p>　　合理的安排這三種工作模式，可以

74、保證DVR安全、可靠的運(yùn)行。當(dāng)DVR串入線路中時(shí)，首先，應(yīng)當(dāng)進(jìn)入旁路工作模式；然后，通過(guò)控制使其進(jìn)入自檢模式，檢測(cè)串聯(lián)變壓器靠近負(fù)載側(cè)的電壓正常，再發(fā)出運(yùn)行信號(hào)，使DVR投入運(yùn)行，否則就對(duì)DVR進(jìn)行檢查，以保證DVR是在正常的情況下投入運(yùn)行的。在DVR運(yùn)行過(guò)程中，如果需要檢修、負(fù)載側(cè)出現(xiàn)短路或者DVR本身出現(xiàn)故障，則應(yīng)當(dāng)回到旁路工作狀態(tài)，以保證DVR主回路不工作，負(fù)載也不會(huì)斷電，從而保證串入DVR后并不降低供電可靠性。本文的研究側(cè)重于理

75、論與仿真試驗(yàn)，可以將工作模式簡(jiǎn)化為退出模式和運(yùn)行模式兩種，模式的轉(zhuǎn)換通過(guò)旁路開關(guān)的投切來(lái)完成。</p><p>　　2.3 DVR的電壓補(bǔ)償策略</p><p>　　在DVR的電壓補(bǔ)償策略選取時(shí)，一般主要考慮兩個(gè)方面:一是電壓補(bǔ)償能力，即在相同的直流側(cè)電壓的條件下，最大幅度的補(bǔ)償電壓跌落的問(wèn)題；二是能量補(bǔ)償能力，即在相同直流電壓和儲(chǔ)能電容的條件下，獲得最長(zhǎng)的補(bǔ)償時(shí)間。目前常采用缺損電壓補(bǔ)償

76、法、同相電壓補(bǔ)償法和最小有功注入補(bǔ)償法三種電壓補(bǔ)償策略來(lái)對(duì)電壓跌落進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　缺損電壓補(bǔ)償法，是以跌落前的電壓相量作為參考量，注入補(bǔ)償電壓使負(fù)荷側(cè)電壓相量的幅值和相位都不發(fā)生改變。這種算法最簡(jiǎn)單，而且從負(fù)荷的角度來(lái)看，由于負(fù)荷側(cè)電壓相量的幅值和相位都不發(fā)生變化，因此補(bǔ)償?shù)男Ч詈谩?lt;/p><p>　　3 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p

77、>　　前面介紹了DVR的主電路的構(gòu)成、工作模式、補(bǔ)償策略，這章需要考慮的是DVR的主電路結(jié)構(gòu)。因?yàn)椴煌闹麟娐方Y(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)有不同的補(bǔ)償效果和不同的性價(jià)比。</p><p>　　3.1 主電路的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　3.1.1 逆變器的選擇</p><p>　　DVR的核心單元是一個(gè)基于全控器件的電壓源型逆變器，用于補(bǔ)償故障電壓的串聯(lián)注入交流電壓就是通過(guò)

78、逆變器對(duì)直流電壓的逆變產(chǎn)生的。針對(duì)DVR的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別為三相全橋結(jié)構(gòu)和三單相橋結(jié)構(gòu)。</p><p>　　三相全橋的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。它適用于三相三線制的系統(tǒng)，逆變器使用三組共6只功率開關(guān)器件?？刂品绞缴?，當(dāng)?shù)浒l(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)三組逆變器同時(shí)動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　圖3.1三相全橋逆變器 圖3.2單相全橋逆變器

79、</p><p>　　三單相全橋的結(jié)構(gòu)，采用三組單相全橋的逆變器結(jié)構(gòu)，各相結(jié)構(gòu)相同，均如圖3.2所示?？刂品绞缴?，三組相互獨(dú)立，分別補(bǔ)償各相發(fā)生的電壓跌落現(xiàn)象，同時(shí)，三相基準(zhǔn)參考信號(hào)的相位相隔120°，保證三相的對(duì)稱性。</p><p>　　由于我國(guó)大部分中低壓電網(wǎng)都采用三相四線制結(jié)構(gòu)，三相電壓不平衡的情況很常見，所以我們將選用三單相橋結(jié)構(gòu)。采用三單相橋的結(jié)構(gòu)能方便的補(bǔ)償電壓不平

80、衡。在研究三相DVR的工作原理時(shí)可簡(jiǎn)化為討論單相的DVR,而且控制比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是與三相全橋逆變器相比其器件成本相對(duì)較高。</p><p>　　3.1.2 串聯(lián)變壓器</p><p>　　串聯(lián)變壓器對(duì)裝置的補(bǔ)償性能有很大影響，從電路拓?fù)鋱D上看，DVR可以不用串聯(lián)變壓器而將逆變器輸出的補(bǔ)償電壓經(jīng)濾波后串入系統(tǒng)。</p><p>　　串聯(lián)變壓器的設(shè)計(jì)與DVR的主電路結(jié)構(gòu)

81、以及系統(tǒng)參數(shù)等有很大的關(guān)系。是否采用串聯(lián)變壓器作為補(bǔ)償電壓的注入方式有兩種思路:一種是使用串聯(lián)變壓器，補(bǔ)償電壓通過(guò)串聯(lián)變壓器耦合到電網(wǎng)中去。另一種是不使用串聯(lián)變壓器，而是將補(bǔ)償電壓通過(guò)濾波電容直接耦合到電網(wǎng)中去。</p><p>　　串聯(lián)變壓器的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)：一個(gè)是降低逆變器直流側(cè)電壓等級(jí)，串聯(lián)變壓器變比的引入可以減小開關(guān)器件的管壓降；另一個(gè)是電氣隔離，通過(guò)串聯(lián)變壓器，DVR可以與電網(wǎng)隔離。</p>

82、<p>　　同時(shí)使用串聯(lián)變壓器存在一系列的缺點(diǎn):</p><p>　?。?）逆變器產(chǎn)生高次諧波給變壓器設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，使得變壓器的容量上升；</p><p>　?。?）串聯(lián)變壓器和濾波電感、電容相互影響帶來(lái)附加的相移和電壓跌落，從而影響控制器的性能；</p><p>　?。?）使用串聯(lián)變壓器增加了成本，而且占地面積較大。</p><p

83、>　　不使用串聯(lián)變壓器時(shí)，濾波電容將直接耦合在線路中。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是:省了變壓器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了成本，但由于沒(méi)有變壓器的降壓與隔離作用，系統(tǒng)電壓將通過(guò)電容直接作用于逆變器的橋臂，為了安全運(yùn)行，必須提高逆變器的耐高壓等級(jí)，因此將增加了裝置的成本。</p><p>　　由于本文研究的DVR工作于低壓電網(wǎng)中，電壓等級(jí)比較低，因此使用無(wú)串聯(lián)變壓器的耦合方式，可以解決變壓器所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，例如逆變器橋臂所承受

84、的整個(gè)補(bǔ)償電壓等，而且儲(chǔ)能單元的三相獨(dú)立，可以防止逆變橋各橋臂的短路。</p><p>　　3.1.3 輸出濾波器</p><p>　　圖3.3給出了濾波器在DVR裝置中可能的安裝位置。濾波器的位置對(duì)DVR的性能影響很大，如果將濾波器放置在逆變器側(cè)(A處)，則可以降低串聯(lián)變壓器的設(shè)計(jì)容量，這主要是濾波器可以將逆變器開關(guān)的高次諧波去掉，同時(shí)，濾波器也會(huì)引起相移和幅度的衰減，給濾波器和控制器的

85、設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。如果把濾波器放置在線路側(cè)(B處)，則可以利用變壓器的漏感作為濾波電感，從而減少了一個(gè)濾波電感。其缺點(diǎn)在于串聯(lián)變壓器要處理高次諧波功率，它的容量必然要增大，同時(shí)濾波效果也不好。如果將濾波器放在線路側(cè)(C處)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以用電感來(lái)消除串聯(lián)變壓器漏感的分布參數(shù)的影響。在控制上可以使控制器方便的取樣電感或電容電流，進(jìn)行電流模式控制。因此本課題將濾波器置于A點(diǎn)。</p><p>　　圖3-3濾波器放置

86、位置示意圖</p><p>　　3.1.4 直流儲(chǔ)能單元的選取</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，DVR須向系統(tǒng)提供有功功率，這些能量均由DVR的直流儲(chǔ)能單元提供。得到有功功率的方法有以下四種方式:</p><p>　?。?）利用大電容儲(chǔ)能的方式</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生電壓跌落時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)逆變器給電容器充電，電容器被充電到一定的數(shù)

87、值；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，逆變器向系統(tǒng)輸出功率，在電容電壓跌落到一定數(shù)值前，可以基本維持用戶電壓不變。因此，儲(chǔ)能電容器的容量決定了DVR在故障期間可以提供的能量。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是使DVR的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是只能提供有限的能量，限制了DVR的補(bǔ)償能力。隨著超級(jí)電容的出現(xiàn)，這種儲(chǔ)能方式的應(yīng)用前景將更為廣泛。</p><p>　　（2）采用不控整流方式</p><p>　　當(dāng)直流

88、側(cè)采用不控整流時(shí)，DVR可連續(xù)獲得能量，可以補(bǔ)償因故障造成的穩(wěn)態(tài)電壓擾動(dòng)。當(dāng)直流側(cè)的能量從系統(tǒng)整流獲得時(shí)，在系統(tǒng)側(cè)即使發(fā)生單相故障，其它兩相仍可提供電能維持DVR正常運(yùn)行。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是增加了一個(gè)不控整流橋，降低了電容器的容量，成本上沒(méi)有增加多少，而且可以提供持續(xù)的能量,缺點(diǎn)是直流側(cè)會(huì)產(chǎn)生100Hz的低頻紋，能量只能從系統(tǒng)向逆變器單方向流動(dòng)。</p><p>　?。?）采用PWM整流的方式</p>

89、<p>　　和不控整流橋相比較，PWM整流采用的是全控型電力電子器件，控制方式采用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是由于采用全控型器件，可以保證電容電壓的恒定，同時(shí)能量可以雙向流動(dòng)，從而解決了電壓浪涌的問(wèn)題,缺點(diǎn)是增加了成本，而且電路控制比較復(fù)雜。</p><p>　?。?）超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES)</p><p>　　超導(dǎo)儲(chǔ)能是將能量以電磁能的形式儲(chǔ)存在超導(dǎo)線圈中的一種快速

90、、高效的儲(chǔ)能裝置。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是具有儲(chǔ)存能量大、轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)迅速、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、控制方便、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。但由于超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展、超導(dǎo)部件制造水平的限制和SMES運(yùn)行性能的制約，超導(dǎo)技術(shù)目前還無(wú)法在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本文研究的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器主要是用于治理電壓跌落的問(wèn)題，在直流儲(chǔ)能單元的選取上，需要考慮能量的連續(xù)性，裝置的經(jīng)濟(jì)性，以及控制的簡(jiǎn)便性，因此

91、。綜合起來(lái)，選用控制簡(jiǎn)單、成本低的不控整流作為直流能源。同時(shí)，逆變器環(huán)節(jié)若采用一定的控制策略，可以極大的消除不控整流帶來(lái)的影響。</p><p>　　3.2 DVR主電路參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　DVR工作時(shí)，不僅要求故障時(shí)對(duì)故障電壓的檢測(cè)精度高，還要求其動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。除了控制方法外，主電路的參數(shù)對(duì)補(bǔ)償性能的影響也很大。如果這些參數(shù)選取不當(dāng)，會(huì)使DVR達(dá)不到滿意的補(bǔ)償效果，同時(shí)會(huì)提高DV

92、R的造價(jià)。</p><p>　　3.2.1 DVR容量</p><p>　　DVR裝置的容量，要根據(jù)補(bǔ)償對(duì)象進(jìn)行計(jì)算。如果負(fù)載的額定工作電流為,需要補(bǔ)償?shù)碾妷河行е禐?，?fù)載的電壓為，負(fù)荷的功率為。α為電壓變化率，則裝置的容量S為:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器串聯(lián)側(cè)容

93、量的選取決定于電網(wǎng)電壓變化率和負(fù)荷容量?jī)蓚€(gè)因素，對(duì)于給定的負(fù)荷，DVR串聯(lián)側(cè)容量主要取決于電壓變化率。</p><p>　　3.2.2 直流測(cè)電壓</p><p>　　DVR是通過(guò)逆變器產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電壓，于是逆變器直流側(cè)電壓的大小將影響它的補(bǔ)償性能和補(bǔ)償效果。對(duì)于三相電路而言，一般要求PWM逆變器交流側(cè)相電壓大于要產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓的峰值，</p><p>　　即

94、≥ （3.2）</p><p>　　變壓器的副邊電壓等于原邊電壓的N倍，即</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　于是有:</b></p><p>　　而逆變器交流

95、側(cè)電壓的絕對(duì)值分別為:</p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>　　考慮到DVR的動(dòng)態(tài)性能，一般選擇進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　3.2.3 串聯(lián)側(cè)濾波電路</p><p>　　濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)的原則是逆變器輸出的基波電壓應(yīng)無(wú)衰減地通過(guò)濾波器，而其它高次諧波應(yīng)受到極大的衰減。取，為濾波器的截止頻率

96、，對(duì)于不同的，濾波器對(duì)高次諧波的抑制作用也不同。</p><p>　　理想情況下濾波器中電容和電感的選取公式：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　3.2.4 主電路參數(shù)的設(shè)定</p><p><b>　　基準(zhǔn)相電壓有效值：</b></p><p&

97、gt;<b>　　基波頻率：</b></p><p><b>　　負(fù)載容量：</b></p><p>　　電壓跌落和上升最大的變化范圍：0.1～1.8</p><p>　　逆變器使用IGBT，開關(guān)頻率選取為</p><p><b>　　負(fù)載相電流</b></p>

98、<p><b>　　等效為</b></p><p>　　補(bǔ)償電壓有效值的最大值為220×0.9=198V，逆變器產(chǎn)生的基波電壓有效值</p><p><b>　　,即,可得。</b></p><p><b>　　取。</b></p><p>　　串聯(lián)側(cè)濾波器

99、濾除13次以上的諧波，即，為留有一定的裕度，并防止對(duì)某次諧波的共振，取，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可得</p><p>　　4 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落檢測(cè)</p><p>　　DVR的功能主要是動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償電壓跌落，前提是必須快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出電壓跌落的特征量。本章首先對(duì)現(xiàn)有的電壓跌落檢測(cè)方法進(jìn)行概述，然后著重介紹基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)方法和基于小波變換的檢測(cè)方法，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的仿真研究

100、。</p><p>　　4.1 現(xiàn)有的電壓跌落檢測(cè)方法</p><p>　　4.1.1 有效值計(jì)算法</p><p>　　根據(jù)連續(xù)電壓信號(hào)有效值的定義，V(t)有效值的表達(dá)式為：</p><p><b>　　（4.1）</b></p><p>　　式（4.1）中，T為信號(hào)的周期。</p>

101、;<p>　　采用離散數(shù)字化的形式，對(duì)時(shí)間域內(nèi)一個(gè)周期的數(shù)字量進(jìn)行均方根運(yùn)算：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式（4.2）中，N為一個(gè)周期或半個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　有效值計(jì)算中常采用滑動(dòng)平均值，即實(shí)時(shí)采集一個(gè)周期的信號(hào)，然后用一個(gè)周期的滑動(dòng)平均值法進(jìn)行均方根運(yùn)算可求出一個(gè)新的

102、有效值，并保持每個(gè)采樣瞬間得到新有效值。該方法計(jì)算中由于需要半個(gè)周期整數(shù)倍的歷史數(shù)據(jù)，跌落發(fā)生的過(guò)渡過(guò)程緩慢，而且無(wú)法準(zhǔn)確的求出跌落的起止時(shí)刻，因此該方法不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。</p><p>　　4.1.2 峰值電壓法</p><p>　　峰值電壓法是利用在一個(gè)周期中對(duì)信號(hào)求最大值的方法，由式（4.3）計(jì)算：</p><p><b>　?。?.3）<

103、;/b></p><p>　　式中，u(t)是采樣電壓波形，T為周期。</p><p>　　4.1.3 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的dq變換檢測(cè)法</p><p>　　1984年，日本學(xué)者Akagi H等提出瞬時(shí)無(wú)功功率理論，根據(jù)此理論可以得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對(duì)應(yīng)于擾動(dòng)電壓，由此可以計(jì)算擾動(dòng)分量。由于此理論基于三相三線制電

104、路，對(duì)于單相電路，必須首先構(gòu)建三相電路才能進(jìn)行擾動(dòng)電壓特征量的檢測(cè)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變時(shí)，各電壓的特征量檢測(cè)比較簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，并且延時(shí)小，但所需硬件多，花費(fèi)大。</p><p>　　以上介紹的電壓跌落檢測(cè)方法，都存在一定的不足，只能對(duì)電壓跌落三個(gè)特征量的一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)行有效檢測(cè)，不能滿足DVR對(duì)電壓跌落檢測(cè)的快速、準(zhǔn)確的要求，因此必須考慮新的電壓跌落檢測(cè)方法。</p><p

105、>　　4.2 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)方法</p><p>　　4.2.1 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)方法概述</p><p>　　有快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出電壓跌落的幅值、相位、跳變時(shí)刻，才能及時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行很好的補(bǔ)償，這里采用一種Hilbert變換和后差分相結(jié)合的方法，快速定位暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)。該方法首先利用Hilbert變換提取暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)，然后在提

106、取包絡(luò)的基礎(chǔ)上采用向后差分方法定位擾動(dòng)信號(hào)。用此方法分別對(duì)電壓跌落、電壓上升等暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)進(jìn)行快速檢測(cè)并進(jìn)行仿真分析。</p><p>　?。?）Hilbert變換</p><p>　　Hilbert變換作為一種數(shù)學(xué)工具在雷達(dá)、光學(xué)、通信等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，特別在信號(hào)處理和分析中，巧妙地應(yīng)用解析表達(dá)式中的實(shí)部、虛部的正弦和余弦關(guān)系動(dòng)態(tài)提取信號(hào)包絡(luò)。</p><p&

107、gt;　　Hilbert變換是一種時(shí)域到時(shí)域的分析方法，變換得到解析(復(fù))信號(hào)的實(shí)信號(hào)是原信號(hào)本身，虛信號(hào)是原信號(hào)的Hilbert變換，解析信號(hào)剔除了實(shí)信號(hào)的負(fù)頻率成分，同時(shí)不會(huì)造成任何信息損失，幅值可以準(zhǔn)確表示原信號(hào)的包絡(luò)。</p><p>　?。?）暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)包絡(luò)提取</p><p>　　在實(shí)際電網(wǎng)中，以電壓信號(hào)為例，暫態(tài)擾動(dòng)主要有電壓跌落、電壓上升、瞬態(tài)脈沖、瞬態(tài)振蕩等，持續(xù)時(shí)

108、間一般為1ms～1min，上升(或下降)的幅度一般為0.1～0.9。</p><p>　　由于電壓基波為正弦信號(hào)，暫態(tài)電壓擾動(dòng)信號(hào)可以等效為一系列頻率分量的正弦信號(hào)。應(yīng)用Hilbert變換解析表達(dá)式中實(shí)部、虛部的正弦和余弦關(guān)系，可以動(dòng)態(tài)提取原信號(hào)包絡(luò)，該包絡(luò)為下一步的擾動(dòng)定位打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　4.2.2 基于Hilbert變換的電壓跌落檢測(cè)原理</p><

109、;p>　　通過(guò)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換形成幅值包絡(luò)線，通過(guò)后差分可以很容易獲取電壓信號(hào)跌落的位置，不僅能準(zhǔn)確檢測(cè)出電壓跌落發(fā)生的起止時(shí)刻，而且可以準(zhǔn)確檢測(cè)出電壓幅值跌落的深度，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，從而檢測(cè)出電壓跌落的特征量?；静襟E如下：</p><p>　?。?）確定目標(biāo)電壓函數(shù)</p><p>　　目標(biāo)電壓函數(shù)即敏感負(fù)荷側(cè)電壓經(jīng)過(guò)DVR補(bǔ)償后要達(dá)到的電壓量。它是一個(gè)正弦