级联型多电平动态电压恢复器仿真研究.docVIP

级联型多电平动态电压恢复器仿真研究 　　【摘要】 　　电能质量问题都会严重影响敏感性负荷的正常工作，在常见的电能质量问题中，电压暂降被认为是影响最为严重的一种，目前针对电压暂降，最主要的方案是在系统和敏感负荷之间加装动态电压恢复器（Dynamic Voltage Restorer，DVR）。本文对级联H桥型多电平动态电压补偿器进行了分析研究，对其拓扑结构和工作原理进行了分析，阐述了最小电压补偿策略和瞬时电压dq分解电压暂降检测法的原理，分析了最近电平逼近调制方式的工作原理，并通过在PSCAD/EMTDC环境下搭建的仿真模型对级联多电平动态电压恢复器的工作特性和补偿效果进行了验证。 　　【关键词】 　　级联多电平；DVR；电压暂降检测；最近电平逼近 　　随着时代的进步，电力已经成为现代生产和生活必不可少的能量来源，并且随着我国经济的飞速发展，我国对电能的需求也越来越大，电能质量也成为电力企业和用户共同关心的问题。尤其是使用大量电力电子设备的企业，对电能质量非常敏感，短暂的供电中断或电压跌落都将影响这些设备的正常工作，造成巨大的经济损失。由于在电力系统中存在大量的非线性、冲击性负荷以及电力系统发生故障等原因，时常会出现电能质量问题，常见的电能质量问题包括：电压偏差、频率偏差和波形偏差[1]。其中，电压偏差又包括电压暂降、电压骤升、电压波动、瞬时断电和瞬时脉冲或突变。这些电能质量问题都会严重影响敏感性负荷的正常工作，造成产品质量下降甚至导致生产过程中断，从而带来巨大的经济损失。 　　目前，对电能质量问题的研究中，电压暂降被认为是影响用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。电压暂降是指供电电压均方根值在短时间内突然下降的事件[2-3]。在电网中这种现象的持续时间大多为0.5～1.5s，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将电压暂降定义为供电电压有效值快速下降到额定值的90%～10%，然后回升至正常值附近。电压暂降的幅值、持续时间和相位跳变是标称电压暂降的最重要的三个特征量。 　　针对电压暂降问题，目前主要的解决方法是加装基于电力电子技术的动态电压恢复器（Dynamic Voltage Restorer，DVR）。动态电压恢复器DVR是用户电力技术的一部分，可以很好的解决电压暂降、凸起、瞬时中断的问题[4]。 　　1 DVR主电路拓扑结构 　　1.1 DVR主电路组成 　　动态电压恢复器（DVR）是近年来出现的基于电力电子技术的电能质量控制装置，它串联于电源与敏感负荷之间，负荷正常运行时，DVR被旁路，由系统提供电压；当发生电压凹陷时，DVR可以在数ms内，对凹陷电压进行有效补偿。如图1所示为动态电压恢复器（DVR）的基本结构图，主要由电压源换流器、直流储能装置、串联变压器和输出滤波器四部分组成[5]。 　　当用户侧发生电压暂降时，通过对电压源换流器开关的控制，便可将储存的直流电能转换为交流电能输出，经过滤波器滤波后由串联变压器补偿到负载侧。变压器二次侧注入电压的幅值和相位决定了注入的无功功率和有功功率，调节换流器的输出可以改变补偿的功率。 　　动态电压恢复器（DVR）的控制系统主要包括电压暂降检测和换流器控制两部分，电压暂降检测部分时刻监测敏感负荷侧的电压。在系统正常工作情况下，DVR被旁路，处于备用状态，器损耗相当低；当系统发生电压暂降时，电压暂降检测部分得到暂降后的负荷侧电压，并与正常情况下的负荷侧电压比较，得出应该补偿的电压幅值和相角。电压源换流器通过控制系统给出的信号产生相应的电压补偿到敏感负荷的电压暂降，DVR应用电压范围可高达35KV，电压稳定响应时间小于5毫秒[6]。 　　动态电压恢复器（DVR）的核心单元是基于全控器件的电压源换流器，用于补偿故障电压的串联注入交流电压就是通过逆变器对直流电压的逆变产生的。动态电压恢复器的主电路结构有很多种，主要区别在于所用电压源换流器的结构不同，DVR中常用的换流器主要有两电平结构、三电平结构和多电平结构。目前，DVR常用的电压源换流器多为两电平或三电平结构，这种低电平结构的DVR的优点在于结构和控制比较简单，但是在实际应用上，单个开关器件仍然要承受较大电压应力，器件参数选择余地较小。在线处理电容电压不平衡、窄脉冲消除等问题使得控制变得很复杂，同时，系统的冗余设计、容量扩展困难。 　　相比于两电平和三电平结构，多电平结构的DVR具有，输出电压谐波含量小、开关损耗小、效率高的优点，它作为一种新型的高压大功率变换器，从电路拓扑结构入手，在得到高质量的输出波形的同时，克服了二电平电路的诸多缺点，无需输出变压器和动态均压电路，开关频率低，因而开关器件应力小，系统效率更高，具有良好的应用前景。本文针对级联H桥型多电平动态电压恢复器，对其电路结构、工作原理以及控制策略进行分析和研究。