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一种新型动态电压恢复器拓扑

作者:未知

  摘 要:针对传统动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, DVR)拓扑结构直流侧电压等级高,逆变单元输出电压波形畸变率大及其损耗亦较高的问题,依据开放式绕组原理提出新型DVR拓扑结构。研究了新型DVR拓扑实现低谐波畸变率和低直流侧电压幅值的方法;建立了新型DVR等效电路模型,并给出新型DVR拓扑的控制策略。同时分析对比了新型DVR与传统DVR拓扑的功耗,结果表明新型DVR功耗较低。最后,在MATLAB/SIMULINK平台搭建仿真模型,仿真结果证明所提出的DVR拓扑结构性能优越,补偿精度高。
  关键词:动态电压恢复器;开放式绕组;功率损耗;加权谐波总畸变率
  DOI:10.15938/j.jhust.2018.04.003
  中图分类号: TM76
  文献标志码: A
  文章编号: 1007-2683(2018)04-0012-06
  Abstract:This paper proposed a new topology of dynamic voltage restorer (DVR) based on the concept of openend winding, considering higher dclink rating, harmonic distortion of voltage generated by inverter and power loss of converter. The methods to decrease the harmonic distortion of voltage and amplitude of dclink were studied. We established equivalent circuit model and then the control strategy was presented. Meanwhile, compared to the traditional DVR, the proposed DVR has better performance on power loss. Finally, we build the simulation model on MATLAB/SIMMULINK and the simulation results show that the new topology structure has superior performance and high compensation accuracy.
  Keywords:dynamic voltage restorer;openend winding;power loss;the weighted total harmonic distortion
  0 引 言
  �S着产生电力扰动以及对电力扰动敏感的设备数量剧增,电能质量的研究也引起广泛关注[1-4]。其中,电压跌落为主要的电能质量问题[5]。表明:大型电力用户,幅度超过20%的电压暂降的年发生率10~20次左右。
  DVR具有响应速度快、补偿精度高等特点,因此,目前DVR在配电网中的应用备受学者的关注。
  国内应用DVR解决电能质量问题的研究基本还在理论和实验上,主要包括电压跌落的检测算法、系统控制策略与补偿策略三方面。如文[6-7]介绍了一种改进的dq变换策略,并应用于DVR。文[8]将最小方差滤波器和对称分量法结合,提出新的软件锁相环和电压跌落检测方法。文[9]提出了任意负载条件下的DVR复合控制策略。文[10]提出了基于电压积分的偏磁抑制策略。文[11]提出最优化的能量补偿策略。
  DVR的检测算法、控制策略和补偿策略的研究已非常成熟,因此本文以DVR的拓扑结构为研究对象,以降低DVR的功率损耗、谐波畸变率以及直流侧电压等级为目的,更好地DVR的工程应用,发展绿色节约型电网。
  DVR由直流储能单元、逆变单元、滤波单元和耦合单元四部分组成;其中逆变单元是DVR核心部分。逆变单元承担着输出电网所需补偿电压的任务,因此多数DVR拓扑结构是围绕逆变器进行改进的。然而,传统的DVR存在以下不足:首先,当电网需要补偿很高的电压时,DVR的输出电压无法做到完全补偿;其次,输出电压含有高次谐波分量,对电网产生严重污染;最后,功率开关损耗大。鉴于上述问题,本文遵循低谐波电压畸变率、低电磁干扰及高电压等级下运行三条原则[11],应用开放式绕组的原理提出了一种新型的动态电压恢复器拓扑结构。
  1 新型DVR拓扑结构
  开放式绕组(openend winding,OEW)是为解决电机中谐波励磁问题而提出的。它是指电机绕组无中性点联接,即将定子绕组打开,六个端子全部引出来[12]。如图1所示为基于OEW原理的双电源供电的功率变换器拓扑结构[13]。
  应用OEW原理,在传统DVR拓扑结构的基础上本文提出了两种新型DVR拓扑结构,如图2所示:
  2 系统控制
  2.1 PWM调制策略
  针对所提出的新型DVR拓扑结构,以4L4L DVR为例详细分析说明PWM调制策略。如图3所示为4L4L DVR的逆变器等效电路,设定逆变器A与B的极点电压分别为uak0a(即点ak和0a之间的电势差,k=1,2,3,4)和ubk0b(即点bk和0b之间的电势差,k=1,2,3,4),其中:
  2.2 DVR的控制策略
  开环控制和闭环控制是DVR常采用的控制策略[14-17]。本文采用双闭环复合控制策略,即在前馈控制的基础上加入负载电压外环、滤波电容内环的负反馈;如图4所示为4L4L DVR 单相等效电路图。


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