改進(jìn)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器電壓檢測(cè)算法的研究

摘 要：文章對(duì)電壓跌落進(jìn)行了分析，用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）進(jìn)行電壓補(bǔ)償。討論了DVR的原理和結(jié)構(gòu)。對(duì)單相電壓dq變換檢測(cè)法進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)單相電壓dq變換檢測(cè)法進(jìn)行改進(jìn)。仿真結(jié)果表明了改進(jìn)檢測(cè)方法的合理性與可行性。

關(guān)鍵詞：電壓跌落；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；電壓跌落檢測(cè)；瞬時(shí)無功功率

引言

電能是現(xiàn)代社會(huì)的主要能源。電能質(zhì)量問題變得越來越重要。其中電壓跌落問題占各種電能質(zhì)量問題總數(shù)的大多數(shù)，與此同時(shí)電壓跌落也是影響電網(wǎng)供電可靠性最嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題之一[1]。因此研究電壓跌落的問題就顯得尤為重要。

1 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器一般串聯(lián)在電力系統(tǒng)和負(fù)載之間對(duì)跌落電壓進(jìn)行補(bǔ)償[3]。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，發(fā)生電壓跌落的時(shí)候，為了不使敏感負(fù)荷側(cè)電壓發(fā)生變化，DVR需要向負(fù)荷側(cè)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)注入一個(gè)補(bǔ)償電壓UDVR。DVR在電力系統(tǒng)中的等效結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，US為系統(tǒng)側(cè)電壓，ZS為系統(tǒng)側(cè)等效阻抗，UP為公共連接點(diǎn)處電壓，UDVR為DVR輸出的補(bǔ)償電壓，UL為負(fù)荷側(cè)電壓。

在DVR工作時(shí)可以將其等效為一個(gè)受控制電壓源，其作用就是保護(hù)敏感負(fù)荷免受電壓跌落的影響。

2 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器電壓跌落檢測(cè)方法研究

DVR能否實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)跌落電壓快速的補(bǔ)償，關(guān)鍵在于能否快速地檢測(cè)出跌落電壓的幅值、持續(xù)時(shí)間以及跌落時(shí)產(chǎn)生的相位跳變。因此，快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出電壓跌落的關(guān)鍵信息至關(guān)重要。

2.1 基于瞬時(shí)無功功率理論的dq變換法

為了能實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確的檢測(cè)電壓跌落，基于瞬時(shí)無功功率理論的dq變換法被應(yīng)用于跌落電壓檢測(cè)[4]。該方法的基本原理是：對(duì)abc坐標(biāo)系下的三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換，將abc坐標(biāo)系下的三相電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成dq坐標(biāo)系下的相應(yīng)分量，即

2.2 單相dq變換檢測(cè)法

在實(shí)際電力系統(tǒng)中單相電壓跌落事件發(fā)生的概率最大，三相dq變換檢測(cè)算法有一定的局限性。單相dq變換檢測(cè)法更符合實(shí)際。

以單相電源為參考電壓通過延時(shí)一定角度來構(gòu)造一個(gè)虛擬的三相電壓，然后通過瞬時(shí)無功功率dq變換來得到電壓跌落相關(guān)特征量。以a相電壓為例，首先將ua延時(shí)60°得到-uc，根據(jù)ua+ub+uc=0得到ub=-ua-uc。

得到三相電壓之后，采用瞬時(shí)無功功率理論dq變換法進(jìn)行處理，得到電壓特征量。圖3是單相dq變換法檢測(cè)原理框圖。

單相dq變換檢測(cè)法應(yīng)用范圍較廣，可以對(duì)三相系統(tǒng)中每一相進(jìn)行分別檢測(cè)，互不影響，解決了跌落電網(wǎng)不對(duì)稱的問題。該方法通過延時(shí)，虛構(gòu)其中剩余兩相電壓，來對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行檢測(cè)。因此，該方法存在一定的延時(shí)精度。

2.3 單相dq變換改進(jìn)檢測(cè)法

在上述方法的基礎(chǔ)上，文章對(duì)該檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，以提高檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。

假設(shè)a相電壓的基波有效值為U1，初相角為？漬1，n次諧波有效值為Un，初相角為？漬n，a相電壓表示為：

通過虛構(gòu)的三相電網(wǎng)電壓，按照基于瞬時(shí)無功功率理論dq變換檢測(cè)方法，可以得到發(fā)生電壓跌落時(shí)，要檢測(cè)的特征量。

3 仿真結(jié)果

在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中，搭建模型分別對(duì)單相dq變換檢測(cè)法和改進(jìn)的單相dq變換檢測(cè)法進(jìn)行仿真分析。系統(tǒng)仿真參數(shù)如下：

電網(wǎng)電壓最大值為380V，電網(wǎng)頻率為50Hz，在0.02～0.08s之間發(fā)生50%的電壓跌落，并伴隨30°的相位角跳變，波形如圖5所示。

跌落電壓幅值與相位檢測(cè)結(jié)果圖如圖6，圖7所示。

由上述仿真結(jié)果可知，單相dq變換檢測(cè)法能夠正確檢測(cè)到電壓跌落的全部特征量。單相dq檢測(cè)法檢測(cè)到幅值下降到90%的需要5ms，且過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)。而改進(jìn)的單相dq檢測(cè)法的檢測(cè)時(shí)間為4.4ms，相位跳變到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)也較快。改進(jìn)的單相dq檢測(cè)法提高了檢測(cè)所需要的時(shí)間。

4 結(jié)束語

文章對(duì)電壓跌落進(jìn)行了分析，用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行電壓補(bǔ)償。對(duì)單相電壓dq變換檢測(cè)法進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)單相電壓dq變換檢測(cè)法進(jìn)行改進(jìn)，并進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明：改進(jìn)的單相dq變換檢測(cè)法可以加快電網(wǎng)電壓跌落幅值和相位跳變角的檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]張巖.配電網(wǎng)中電壓跌落擾動(dòng)源定位方法的研究[D].蘭州理工大學(xué)，2013.

[2]胡濱.基于超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的設(shè)計(jì)與研究[D].東北大學(xué)，2014.

[3]李占凱，王景芹，張福民，等.無鎖相環(huán)的電壓跌落快速檢測(cè)方法[J].高電壓技術(shù)，2016，04：1326-1335.

[4]周春，王天闊.基于d-q變換的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器電壓跌落檢測(cè)方法[J].南方農(nóng)機(jī)，2015，11：94-96.

作者簡(jiǎn)介：袁茂升（1990-），男，漢族，山東省臨沂市，在讀研究生，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，研究方向：電源新技術(shù)。

傅仲文（1957-），男，漢族，山東省即墨市，教授，博士，單位：河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，研究方向：電力電子技術(shù)及應(yīng)用。