動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器檢測和控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電能質(zhì)量問題的日益嚴(yán)重，用戶對(duì)電力系統(tǒng)的電壓供電質(zhì)量提出了越來越高的要求，能夠抑制電力系統(tǒng)中各種電壓擾動(dòng)以保證用戶供電質(zhì)量的補(bǔ)償裝置得到了快速發(fā)展。在各種現(xiàn)代電能質(zhì)量問題中，電壓跌落是目前最為突出、也是最為嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)作為最經(jīng)濟(jì)、有效的治理電壓跌落的定制電力電子裝置，在電能質(zhì)量的控制技術(shù)領(lǐng)域成為研究的熱點(diǎn)。本文以解決DVR中相關(guān)的檢測、控制技術(shù)為主線，首先研究了單相幅相鎖相環(huán)(1MPLL)的設(shè)

2、計(jì)方法，其主要應(yīng)用于單相DVR或三相四線制配電網(wǎng)需要以三相獨(dú)立方式補(bǔ)償?shù)腄VR設(shè)計(jì)中;然后研究了三相幅相鎖相環(huán)(3MPLL)的設(shè)計(jì)方法，主要應(yīng)用于三相三線制配電網(wǎng)DVR的設(shè)計(jì)中;在利用上述幅相鎖相環(huán)解決了電壓跌落識(shí)別和基于相位的參考補(bǔ)償量生成后，研究了動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的控制策略;最后對(duì)在電能質(zhì)量監(jiān)控（包括電壓跌落）和評(píng)估中廣泛使用的三相電網(wǎng)對(duì)稱分量估計(jì)進(jìn)行了研究。
　　基于目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的思想提出了一種單相幅相鎖相環(huán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該

3、算法通過梯度下降法分析了目標(biāo)函數(shù)的最速下降方向，確保了鎖相環(huán)系統(tǒng)的全局快速收斂，通過目標(biāo)函數(shù)的恰當(dāng)選擇和系統(tǒng)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)，幅相鎖相環(huán)能在各種干擾下確保對(duì)基頻信號(hào)特征量的快速精確跟蹤，如幅值、相位和頻率等，具有良好的頻率自適應(yīng)性以及抗諧波干擾能力。本文所提單相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，物理意義明確，參數(shù)易于設(shè)計(jì)，在提供配電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)電壓同步信息的同時(shí)，也能提供對(duì)電壓跌落幅值的檢測，因此特別適合應(yīng)用于DVR系統(tǒng)中，DVR系統(tǒng)利用檢測到的幅值信息決策是否

4、啟動(dòng)補(bǔ)償，在確定電壓跌落的情況下根據(jù)鎖相環(huán)提供的相位信息利用某種補(bǔ)償算法實(shí)時(shí)生成參考補(bǔ)償輸出。傳統(tǒng)DVR系統(tǒng)中一般采用幅值和相位各自獨(dú)立的檢測算法，勢必增加了系統(tǒng)的計(jì)算量，不利于DVR系統(tǒng)的在線計(jì)算，本算法更有利于實(shí)際實(shí)施。
　　基于模型參考自適應(yīng)思想提出了一種三相幅相鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法。算法設(shè)計(jì)了具有頻率自適應(yīng)的三相三線制配電網(wǎng)正、負(fù)序電壓分量狀態(tài)觀測器，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進(jìn)行自適應(yīng)率設(shè)計(jì)，滿足了鎖相環(huán)正、負(fù)序分量估計(jì)全局漸近

5、穩(wěn)定的要求，理論上實(shí)現(xiàn)了正序分量幅值和相位的檢測不受負(fù)序分量的影響，且解決了SFR-PLL分析中未對(duì)全局穩(wěn)定性討論的不足，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，有利于系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)。算法由于事先考慮到頻率波動(dòng)對(duì)鎖相環(huán)精度的影響，因此，系統(tǒng)對(duì)頻率波動(dòng)有很強(qiáng)的魯棒性。
　　討論了DVR主電路中逆變電路、能量提取電路、濾波電路中LC參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及電容儲(chǔ)能條件下延長跌落補(bǔ)償時(shí)間的優(yōu)化補(bǔ)償策略，在此基礎(chǔ)上主要針對(duì)目前DVR控制方法存在魯棒性不足的問題，提出

6、了基于模型預(yù)測控制(MPC)和魯棒H∞控制的控制器設(shè)計(jì)方法。基于非參數(shù)預(yù)測模型（脈沖響應(yīng)或階躍響應(yīng)）的預(yù)測控制，算法復(fù)雜，在線運(yùn)算量大，需整定的參數(shù)較多，難以直接應(yīng)用到快速的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)領(lǐng)域。本文采用雙環(huán)控制器結(jié)構(gòu)，首先通過內(nèi)環(huán)電流控制器對(duì)DVR對(duì)象進(jìn)行改造，在增廣控制對(duì)象的基礎(chǔ)上獲得了簡化的預(yù)測模型，基于此進(jìn)行模型預(yù)測控制器的設(shè)計(jì)。模型預(yù)測控制通過滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正等措施降低了模型誤差對(duì)性能的影響，控制器根據(jù)系統(tǒng)未來的預(yù)測輸出狀態(tài)確定

7、當(dāng)前的控制動(dòng)作，因此可以減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，對(duì)輸出偏差的滾動(dòng)優(yōu)化，確保了系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度，滿足了DVR快速、準(zhǔn)確補(bǔ)償電壓跌落的目的。魯棒H∞控制由于事先充分考慮了被控對(duì)象的參數(shù)不確定因素，因此控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性能。本文針對(duì)DVR主電路中LC濾波器參數(shù)攝動(dòng)對(duì)被控對(duì)象模型造成的不確定性，在考慮魯棒穩(wěn)定性、魯棒跟蹤性能的基礎(chǔ)上，根據(jù)H∞控制理論設(shè)計(jì)了控制器，通過恰當(dāng)?shù)倪x取界函數(shù)，使DVR系統(tǒng)在面對(duì)參數(shù)攝動(dòng)時(shí)具有很強(qiáng)的魯棒