動態(tài)電壓恢復(fù)器的設(shè)計(jì)和仿真

文/衡蜓

動態(tài)電壓恢復(fù)器的設(shè)計(jì)和仿真

文/衡蜓

本設(shè)計(jì)建立了動態(tài)電壓恢復(fù)器的數(shù)學(xué)模型，深入研究動態(tài)電壓恢復(fù)器控制技術(shù)的主要部分逆變器，在此基礎(chǔ)上提出了滯后電壓控制技術(shù)基礎(chǔ)上的單極和雙極脈寬調(diào)制（PWM）。分析表明，提出的單級脈寬調(diào)制（PWM)在電壓驟降和電壓膨脹狀態(tài)下能更好的改善負(fù)載電壓質(zhì)量，提高整個動態(tài)電壓恢復(fù)器系統(tǒng)的動態(tài)性能，較雙極脈寬調(diào)制策略優(yōu)勢十分明顯。通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，對總諧波失真曲線的分析驗(yàn)證了以上所有結(jié)果。

動態(tài)電壓恢復(fù)器 脈寬調(diào)制 諧波

1 動態(tài)電壓恢復(fù)器電路的組成

DVR是現(xiàn)代新型電力電子補(bǔ)償設(shè)備，通過串聯(lián)在電源與用電設(shè)備之間發(fā)揮作用，他利用其良好的動態(tài)性能，在遇到系統(tǒng)電壓驟降和膨脹等無法避免的故障時，裝置能在極短時間內(nèi)做出反應(yīng)，將問題電壓恢復(fù)到原來水平。動態(tài)電壓恢復(fù)器結(jié)構(gòu)運(yùn)行原理圖，如圖1所示。該動態(tài)電壓恢復(fù)器實(shí)驗(yàn)電路主要由一個三相電壓轉(zhuǎn)換器（VSC），一個耦合變壓器，一個無源濾波器，一個單相全橋逆變器和控制系統(tǒng)幾部分構(gòu)成，以維持穩(wěn)定系統(tǒng)輸出電壓。

2 動態(tài)電壓恢復(fù)器硬件設(shè)計(jì)

本文基于遲滯電壓控制作用于負(fù)載電壓開關(guān)的改善，同時確定逆變器門。滯后電壓的產(chǎn)生是由兩部分構(gòu)成，一是錯誤信號間的注射電壓（Vinj）,二是磁盤錄像機(jī)的的參考電壓（Vref）,二者相互結(jié)合共同產(chǎn)生控制信號。在此基礎(chǔ)上根據(jù)參考電壓之間的差別，分析參考電壓和逆變器的電壓達(dá)到上下限時，電壓的減少增加情況。

HB和FC分別代表著遲滯帶和開關(guān)頻率。開關(guān)頻率有一個重要的作用就是區(qū)分VH和V（HB=VH-VL）。在本設(shè)計(jì)中是以是滯后電壓為研究基礎(chǔ)的，和其他的PWM方法比，這種方法響應(yīng)快，控制簡單，可以進(jìn)行變頻操作。是單相全橋逆變器，該逆變器可控制在單極工作模式或雙極工作模式。在這種方案中，遲滯帶（HB1）和操縱開關(guān)對（S1, S4 or S2, S3）共同作用產(chǎn)生正向電壓（+Vdc）和負(fù)向電壓（-Vdc），配合作用在逆變器輸出端發(fā)出直流信號。在此實(shí)驗(yàn)里，負(fù)載電壓的操縱是通過四個電壓帶控制的開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。第一個上下帶（HB1）用來確定輸出電流(+Vdc or 0)或(-Vdc or 0)之間的狀態(tài).第二個上下帶（HB2）用來打破目前狀態(tài)形成新的輸出電流。為了使單雙極擁有相同的參考電壓（HB），可以通過專用設(shè)備來控制。

3 軟件分析

本文提出了幾種控制技術(shù)，包括缺損電壓補(bǔ)償技術(shù)，預(yù)凹陷補(bǔ)償技術(shù)，在相補(bǔ)償技術(shù)，能源優(yōu)化技術(shù)。動態(tài)電壓恢復(fù)器控制系統(tǒng)主要由以下幾個階段構(gòu)成，按順序分別為：

（1）檢測起點(diǎn)電壓，形成補(bǔ)償基準(zhǔn)。

（2）檢測終點(diǎn)電壓確定補(bǔ)償額度。

（3）注射補(bǔ)償電壓。

（4）補(bǔ)償后檢測確定補(bǔ)償是否成功。

在此論述了上述三種電壓彌補(bǔ)方法，監(jiān)測了以下幾種數(shù)據(jù)：

（1）Vd用于返回的電壓幅度大小。

（2）相位的負(fù)載電壓幅度大小。

（3）相位參考負(fù)載電壓大小。

滯后電壓控制系統(tǒng)，是將一個三相電源和轉(zhuǎn)換模塊相連接。從而形成旋轉(zhuǎn)幀和鎖定回路（PLL）。三相電壓轉(zhuǎn)化完成后對故障電壓（驟降/膨脹）進(jìn)行檢測。如不論是哪種電壓上述故障發(fā)生，此模塊會生成負(fù)載參考電壓。凹陷檢測策略是基于根表示正方形（有效值）的錯誤向量。負(fù)載電壓的反饋電壓通過閉環(huán)的方式流入框架內(nèi)，他的作用是最大限度的降低基本的穩(wěn)態(tài)誤差。注入的電壓同時也會根據(jù)不同的負(fù)載產(chǎn)生不同的參考電壓和供電電壓。之后將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)和仿真，達(dá)到遲滯電壓控制的目的。

3 仿真結(jié)果與討論

我們利用MATLAB來進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的仿真，得出我們想要的結(jié)論。DVR在遲滯電壓控制基礎(chǔ)上對負(fù)載電壓進(jìn)行彌補(bǔ)。我們有兩種不同的試驗(yàn)方案來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)1中，模擬了電壓驟降現(xiàn)象，得出了各個階段的波形圖，分析得出了結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)2中，模擬了電壓膨脹現(xiàn)象，得出了各個階段的波形圖，分析得出了結(jié)論。

圖1：動態(tài)電壓恢復(fù)器結(jié)構(gòu)運(yùn)行圖

圖2：運(yùn)行動態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)

這表明，在這兩種情況下，滯后電壓THD運(yùn)行單極開關(guān)比雙極少。可以看出，使用HB1的仍不足總諧波失真標(biāo)準(zhǔn)。可以明確的說，遲滯電壓運(yùn)行的單極開關(guān)比雙極開關(guān)有效更有效率。

[1]張衛(wèi)華.聯(lián)多電平動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究[D].華北電力大學(xué),2005.

[2]王陽,基于單周控制的新型串并聯(lián)混合型濾波器的研究[D],遼寧工程技術(shù)大學(xué),2009.

[3]石游,基于諧振控制器的帶諧波補(bǔ)償功能的動態(tài)電壓恢復(fù)器的研究[D],四川大學(xué),2006.

[4]Su Yuxin,DuanBaoyan.The Application of the Steward Platform in Large Spherical Radio Telescopes. Journal of Robotic Systems,2000.177.17(07)：3755-383.

作者單位 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院 山西省太谷縣030800

衡蜓（1985-），女，山西省臨汾市人。現(xiàn)為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院教師。研究方向?yàn)樽詣踊?/p>