动态电压恢复器的数字仿真实验

一、动态电压恢复器（DVR）的数字仿真实验动态电压恢复器（DynamicVoltageRestorer，DVR）是一种基于电力电子技术的串联补偿装置，通常安装在电源与敏感负荷之间，其作用在于：保证电网供电质量，补偿供电电网产生的电压跌落、闪变等，其可在电源和敏感负载之间接入幅值和相位受控的电压，以抑制电源电压扰动对敏感负荷的影响。具体参见教材《电力电子学》、《有源电力滤波器》、《自动装置原理》等。1.实验预习清楚动态电压恢复器（DVR）的结构和原理；明确动态电压恢复器的具体控制方式。2.实验目的了解数字仿真软件中DVR的构成及实现；针对系统电源的电压扰动进行动态补偿仿真；解析DVR控制参数的变化对其补偿性能的影响。3.实验步骤（1）将仿真示例copy到电脑。进入MATLAB界面，导入并打开模型DVR.slx;a.梳理DVR.slx模型中的主要元件设备组成，该模型主要包括电源模型（Grid）、DVR模型（涵盖有电力电子元件、控制环节及直流电源）、非线性敏感负荷（NonLinearLoad）；b.熟悉电源模型（Grid）的电气设计参数，主要包括电压、频率，不同时间段的幅度变化特点，其分别对应于电压扰动中的凹陷和突增；c.熟悉DVR模型中饱和变压器、电力电子元件的型式和设计参数，DVRcontrol环节中电压跟踪信号的形成方式，滞环比较器的具体运行特点。d.熟悉非线性敏感负荷的组成结构及实现形式，掌握其电气参数的设计特点；e.设置模型配置参数，运行时间为2.5s。图1（2）点击运行DVR.slx算例。4.实验记录DVR.slx的运行结果，包括：a.当电源（Grid）电压的参数变化如下图2所示时，记录动态电压恢复器的补偿效果，包括：电源三相电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压，该数据可从图3中读取，并据此计算分析各电压的TotalHarmonicDistortion，THD。图2图3(1)0.4s-0.6s时电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压依次为：电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压THD依次为：(2)电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压依次为：电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压THD依次为：(3)1.4-1.6s电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压依次为：电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压THD依次为：(4)1.6-1.8s电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压依次为：电源电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压THD依次为：由上面的仿真可知即使电源电压发生剧烈变化，敏感负荷上电压依旧比较稳定。b.改变电源（Grid）电压的参数，重点考虑对上升时间、下跌时间、凹陷幅度、上升抖动、电压相位进行调整，再次记录记录动态电压恢复器的补偿效果，包括：电源三相电压、动态电压恢复器的注入电压、敏感负荷上的三相电压，计算分析各电压的THD。图4修改电源的（Grid）电压的参数，如下图所示(1)电源三相电压用powergui里的FFTanalysis求THD：(2)敏感负荷上的三相电压用powergui里的FFTanalysis求THD：(3)动态电压恢复器的注入电压用powergui里的FFTanalysis求THD：由上面FFTanalysis的结果可知：THD（GridVoltage）=0.00%；THD（LoadVoltage）=3.15%；THD（InjectedVoltage）=48.98%。c.改变动态电压恢复器中DC电压的幅度（如图4，调整范围：300V~1000V），至少选择五组电压数据（例如：300V、400V、500V、700V、900V），记录不同直流电压的情况下，DVR交流侧注入电压的运行特性，计算分析注入电压的THD。1、改变动态电压恢复器中DC电压的幅度为300VDVR交流侧注入电压的波形如下：用powergui里的FFTanalysis求THD：2、改变动态电压恢复器中DC电压的幅度为400VDVR交流侧注入电压的波形如下：用powergui里的FFTanalysis求THD：3、改变动态电压恢复器中DC电压的幅度为500VDVR交流侧注入电压的波形如下：用powergui里的FFTanalysis求THD：4、改变动态电压恢复器中DC电压的幅度为700VDVR交流侧注入电压的波形如下：用powergui里的FFTanalysis求THD：5、改变动态电压恢复器中DC电压的幅度为900VDVR交流侧注入电压的波形如下：用powergui里的FFTanalysis求THD：由上可知:DC电压的幅度为300V时，THD=1.09%;DC电压的幅度为400V时，THD=1.20%;DC电压的幅度为500V时，THD=1.38%;DC电压的幅度为700V时，THD=1.56%;DC电压的幅度为900V时，THD=1.79%;d.改变DCcontrol中滞环比较器的运行参数（滞环比较器见如图5所示，参数更改主要针对前两项），至少选择三组参数（例如：1、-1；1.5、-1.5；0.8、-0.8），记录不同控制参数的情况下，DVR交流侧注入电压的运行特性，计算分析注入电压的THD。图5图61、改变DCcontrol中滞环比较器的运行参数为1、-1时：THD（InjectedVoltage）=1.56%2、改变DCcontrol中滞环比较器的运行参数为1.5、-1.5时：THD（InjectedVoltage）=1.95%3、改变DCcontrol中滞环比较器的运行参数为0.8、-0.8时：THD（InjectedVoltage）=1.42%注意，将图粘贴在所交实验报告上（以plot作图的形式，而不是截屏），要求图形在各个时间点的变化清晰可见，与实验分析结合能说明问题。为此，可取某变量的部分时间段细节图，而不是整个运行期间的。5.实验分析a.DVR的动作响应时间？答：由图可知，DVR的动作响应时间为0.002s。b.DVR安装后是否对THD产生影响？答：DVR安装后对THD产生影响，使THD减小。c.DVR中直流电源电压的作用，其参数设计的特点是？答：DVR中直流电源电压的作用是为电力电子器件提供输入电压，从而通过逆变电路，为电网提供串联补偿电压，且补偿电压的值跟踪电网电压的变化进行调整，从而保持电网电压的稳定。由c中实验结果可知，其参数设计的特点是随着DVR中直流电源电压的增加，DVR交流侧注入电压的THD逐渐增大。d.滞环比较器在DVR控制中的具体作用，其参数设计的差异对控制性能会造成哪些影响？答：滞环比较器在DVR控制中的作用是稳定电网电压在期望值附近，具体过程为将标准电压与负载电压进行比较，从而得到电力电子器件的控制信号，从而达到调压的目的，其参数设计的差异会改变THD。e.动态补偿在t=0.7s时为何会出现电压抖动？答：电网电压的变化是一个暂态过程，不能突变，需要一定的过渡过程。6.进一步思考（1）观察DVR的电压补偿效果，如何进一步抑制补偿中存在的谐波成分？答：由实验结果分析可知：DVR中DC的幅值越小，产生的THD越小，补偿效果越好；DVR中滞环比较器的参数取值应适中，过大过小均会使THD增大。因此可以通过选择合适的直流电源电压和滞环比较器参数来减小THD。（2）当前模型算例中的电压波动主要定位于对称性变化，且属于一种计划内的电压扰动。若发生计划外的电压扰动，如出现非对称性短路故障，电网系统中会出现非周期分量，DVR的电压补偿效果是否会受到影响，怎样应对？答：由于线电压是两相电压之差，当相电压中出现非周期分量，即直流分量时，可通过取线电压的方式来抵消非周期分量的影响。