动态电压恢复器DVR的研究

动态电压恢复器DVR的研究PPT制作：XXXXXXXX讲解：XXXXXX综述DVR的原理DVR的控制技术一、综述在各种电能质量问题中，电压跌落是发生频率最高的电能质量问题。有统计表明，有电压跌落引起的用户投诉占整个电能质量问题的80%以上，而由谐波、开关操作过电压引起的电能质量问题投诉不到20%。最常见的电压跌落的原因有以下三种：1）故障电流引起电压凹陷当输电网或者配电网中发生短路故障时，电流急剧增大，在公共电压连接点产生电压跌落，同时电压跌落沿着电网扩散而给大量用户造成干扰；2）感应电机启动引起电压凹陷感应电机全压启动时，需要从系统汲取的电压值是满负荷运行时的5-10倍，这一大电流流经系统阻抗时会引起电压跌落。3)雷击电压凹陷雷击引起的绝缘子闪络和线路对地放电是造成系统线路电压跌落的主要原因。在雨季或多雷地区，暴露在露天的运行设备很容易受到雷电干扰。设备名电压跌落造成的影响计算机当电压低于60%持续时间超过12个周期时，计算机工作将受到影响，如数据丢失制冷电子控制器当电压低于80%时，控制器动作将制冷电机切除，导致巨大的经济损失可编程控制器当电压低于90%时，持续时间几个周波，I/O设备就会被切除；当电压低于81%时，PLC停止工作直流电机当电压低于80%时，直流电机被跳闸，每次损失数量级达1万美元微电子制造业电压低于90%持续时间0.01s，造成生产线上的芯片报废，直接损失100万美元表一电压跌落对一些设备的影响针对电压跌落这一电能质量中最为突出的问题，必须采取措施解决。电力部门采取的措施：①预防故障措施：树木维护、加装线路避雷器、清洗绝缘子等；②故障清除措施：加装线路重合闸、去除快速跳闸装置、加装环形供电与修正线路设计等；用电部门采取的措施包括：①不间断电源（UPS）。在电压跌落期间能平稳移动到UPS供电而解决电压稳定性问题，效率可达92%-97%；②磁谐振变压器（CVT）。在电压跌落到正常值得70%时，仍能提供平稳电压支撑；③静止开关切换（STS）。负荷由双电源供电。当一个电源侧有电压跌落故障时，STS使用电力电子开关在一个半周期内将负荷接至备用电源；④变压器分接头调节器。受变压器分接头的调节范围限制，仅在一定程度上减轻电压跌落影响；⑤动态电压恢复器（DVR）。由于DVR只有在电压跌落时才提供负荷满足正常电压所需的功率损耗，所以效率比上述方法高。二、DVR的原理动态电压恢复器（dynamicvoltagerestore,DVR）是目前公认的一种用于保持敏感负荷供电电压稳定的有效串联补偿装置，它通过在系统与负荷之间串联注入幅值和相位可调的电压，来保证敏感负荷的电压受到系统电压扰动时仍处于可接受的范围之内。2.1DVR的研究现状一、国外DVR研究现状1、N.GHingorani博士提出custompoer的新概念；2、美国西屋公司在西部电子展览和会议上首次发表了DVR的研究报告和实验结果。同年8月世界第一台2MVA的DVR投入工业运行；3、1998年6月,由ABB公司研制的DVR在新加坡投入工业运行；4、另据报道，由ABB公司研制的当今世界上最大的两套最大的DVR在以色列投入运行；5、1999年siemens在加拿大一条配电线路上安装世界上第一条杆上紧凑式DVR。二、中国DVR研究现状我过也从1998年开始对DVR进行理论和实验研究，相继有东南大学，清华大学和华北电力大学等高校研制出DVR实验样机。但是，我国目前还没有DVR运行的经验，所研制的DVR还有待于工业环境下的检验。容量，电压等级方面还差距当今世界容量最大的两套DVR运行现场2.2DVR的原理一般的，DVR由三部分组成分别是整流器，储能装置和逆变器。电网DVR的原理：整流器通过变压器与线路并联，整流器通过线路与线路串联，两者通过储能装置作为公共部分连接在一起。稳态运行时整流器进行AC/DC转换，对储能装置充电，并通过相应的控制保证其电压恒定，这样就相当于为逆变器提供了一个直流电压源，当负荷侧的电压需要调整时，逆变器就通过串联变压器注入补偿电压，补偿电压与系统电压迭加，使负荷端的电压恢复至用户要求的水平之上。由于DVR只要补偿系统电压的缺额成分它在效率上要高于并联补偿器。DVR的基本功能（1）消除电压波动DVR通过向配电系统注入一个可连续改变的电压分量抵消电源电压的波动成分。（2）限制故障电流当馈线发生短路故障时，DVR可通过注入滞后于故障电流相位90°的电压分量以提高馈线的实际阻抗达到限制故障电流的目的。（3）减少电压谐波DVR可通过向网络注入与电压谐波各次分量大小相等，方向相反的补偿电压，以消除配电系统中的电压谐波。三、DVR的控制技术DVR的控制技术主要分为：检测方法、补偿策略和控制策略一、电压跌落的检测方法电压跌落的三大特征：跌落幅值、持续时间、电压跌落所伴随出现的相位跳变。（1）有效值计算方法。最常用的通过计算电压有限制获得电压跌落的幅值。由连续周期信号的有效值的定义，电压有效值可利用一个周期数字均方根运算得到：式中，N为每周期的采样数，为被采样电压。（2）峰值电压法。峰值电压是时间t的函数，用下式计算：NiiuNU121iu)(max0tuUtp式中为采样电压，T为半个周期的整数倍。3）基波分量法。以时间t为函数的基波电压可由下式求得：式中，T是基波周期。电压基波分量可利用FFT计算得到，其变化特性和正周期有效值计算结果非常相似。4）PARK变换abc坐标系下的三相电网电压的基波分量可以变为dqo坐标系下的直流分量，通过比较直流分量的大小就可以判断出是否存在电压跌落，检测速度较快。)(tudeuTtUjwTf0)(2)(Tw20park变换矩阵如下所示：需要注意的是，检测方法仅适用于三相电压跌落检测，而实际电力系统中单相跌落占大多数，因此其适用范围偏窄。当然小波变换，人工神经网络和离散傅里叶变换（DFT）等亦可以用来进行对电压跌落进行检测。212121)3/2sin()3/2sin(sin)3/2cos()3/2cos(cos32C二、DVR的补偿策略目前来说，一般地将DVR的补偿策略分为三种，分别为完全补偿、同向补偿和最小能量补偿。1、完全补偿的目的在于实现负载电压相位跳变角最优，也就是说补偿前后负载电压相位无跳变；2、同相补偿的目的在于实现补偿电压幅值最优，也就是说杯偿电压的幅值最小。要实现同相补偿，则必须调整负载电压相位始终与跌落后的电网电压相位一致；3、最小能量补偿的目的在于实现输出有功功率最优。最小能量补偿可以分为零有功功率补偿和最小有功功率补偿。要实现零有功功率补偿，则需要通过调整负载电压相位使得补偿电压与负载电流相位相互垂直，使得只需输出零有功功率，而由电网提供负载所需的全部有功功率。要实现最小有功功率补偿，则需要通过调整负载电压相位使得电网电压与负载电流相位最小，使得电网输出最大有功功率，三、控制策略的研究常见的DVR控制策简述如下：1）前馈控制。一般来说，由于的补偿时间很短，对控制精度的要求不高。早期的研究仅采用纯前馈控制，也就是开环控制，响应速度快，控制方法简单，实现方便。但是在轻载时阻尼特性差，输出电压有较大超调，精度相对偏低。2）比例积分（PI）控制。相比于前馈控制，闭环控制的可控性要更强一些。调节器的鲁棒性强而且算法简便，在工程中应用最为广泛。其比例系数可以提高增益，积分系数可以减小稳态误差，控制器参数的设计也比较容易。由于单闭环控制为了能够抑制系统的谐振峰，需要大幅的降低系统带宽，导致动态响应变慢。3）谐振控制谐振调节器又称为广义积分器，其在谐振频率处的增益为无穷大，理论上可以使得稳态误差为零。为了提高谐振控制的稳定性，通常将其改造为近似谐振调节器，由于谐振控制的动态响应相对较慢，往往会和比例控制结合形成比例谐振调节器，以兼顾控制系统对响应速度和稳态精度的要求。4)有源阻尼控制有源阻尼的目的是为了消除谐振的同时，还能避免造成额外的能量损耗。虚拟电阻法通过控制算法模拟电阻串联并联在电感或者电容上所起到的阻尼效果，但是等效电阻阻值的选择也会影响到系统的动态响应。需要注意的是，除了控制策略，拓扑结构中滤波电容的位置也会影响DVR的补偿效果，这也是DVR的特别之处。如下图所示，滤波电容可以设置在不同的位置，即并联在变换器侧、线路侧、负载侧，因此也可以分成三种不同的拓扑结构。a图实际工程中最为常见的动态电压恢复器拓扑结构，其滤波电容并联于变压器的变换器侧，与滤波电感构成滤波器，用于滤除变换器输出电压中的高频谐波分量，经过变压器串联于电网与负载之间。但是变压器存在漏感，负载电流流过变压器会产生额外的压降，进而影响到补偿效果。b图将滤波电容并联在变压器的线路侧,优点是用变压器的漏感来当做滤波电感，节省成本，而且可以避免漏感产生的额外压降。c图电网电压处于滤波回路中，谐振频率以上的高频扰动对负载电压的影响会减小，高频滤波性能更强谢谢大家