单相动态电压恢复器（DVR）研究

论文摘要

随着现代技术的发展,生产和生活中的电力设备不断增加,对现有电网的容量和扩容速度产生了巨大的冲击和考验。在用电的高峰和低谷时,电压波动,即瞬时电压跌落(Voltage Sag)、电压浪涌(Voltage Surge)发生的比较频繁,导致许多敏感性电气设备不能正常工作。保护负载不受瞬时电压跌落影响最常用的设备是动态电压恢复器(DVR)。目前动态电压恢复器(DVR)主要存在补偿电压时间有限,不能补偿电网电压浪涌,及检测电网电压波动并实时补偿电压等问题。针对动态电压恢复器存在的问题,本文给出了由一个串联PWM变换器及一个PWM整流器构成的DVR系统。串联变换器借鉴了电流周期平均模型(PAM)的概念,采用通过控制串联变压器二次侧电流,在变压器内部磁势平衡约束下,控制负载电流的方法。在负载电流达到额定值时,负载的端电压就是负载的额定电压。串联变压器的励磁电流会使负载电压有稳态误差,本文给出了负载电流有效值反馈补偿法、励磁电流完全补偿法两种励磁电流补偿方法,以提高负载电压的控制精度。本文使用PWM整流器为DVR提供直流电压。PWM整流器能工作在单位功率因数,实现能量回馈,可以很好地解决传统DVR不能补偿电压浪涌的问题。当DVR补偿电压跌落时,PWM整流器从电网吸收能量,当DVR补偿电压浪涌时,PWM整流器将能量回馈至电网,保证了直流侧的电压稳定。为了使DVR系统对电网不造成新的污染,应使之尽量工作在单位功率因数,所以在负载端并联有源电力滤波器(APF),专门为负载提供无功电流及谐波电流。因此,在设计变压器时只需考虑负载的有功电流,有效地减小了变压器的容量和体积,同样也降低了开关器件的功率等级。本文所述DVR补偿效果依赖于并联APF的补偿效果及实时运算出的负载电流给定值的速度及精度。因此本文采用了自适应谐波电流检测方法,从负载电流中分离出有功电流、无功电流及谐波电流分别作为指令信号送至DVR和APF。本文介绍了自适应谐波电流检测原理,并介绍了自适应滤波的模拟实现法及LMS算法,在此基础上比较了两种方法的效果。并提出了规一化的LMS算法。本文所作工作也是统一电能质量调节器(UPQC)的前期工作,在本文所述的DVR基础上,将PWM整流器从并联在电网侧改到并联至负载端,由本文所述的自适应滤波谐波电流检测方法给PWM整流器无功及谐波电流指令,使其起到APF的作用,并由其直流电压环给出有功电流指令,起到稳定直流侧电压的作用。就构成了单相统一电能质量调节器(UPQC)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 电网电压波动对用电设备的影响
• 1.2 DVR 基本原理
• 1.3 选题依据和本文主要研究的内容
• 2 单相DVR 串联侧PWM 变换器数学模型及控制系统设计
• 2.1 单相DVR 基本原理
• 2.2 负载电流周期平均模型
• 2.3 串联变压器励磁电流补偿
• 2.4 串联侧系统仿真实验
• 2.5 本章小结
• 3 单相PWM 整流器数学模型及控制系统设计
• 3.1 单相PWM 整流器数学模型
• 3.2 单相PWM 整流器控制系统设计与仿真
• 3.3 单相PWM 整流器电感电流波形改进
• 3.4 整流器实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 4 自适应谐波电流检测算法研究
• 4.1 谐波电流检测方法现状
• 4.2 自适应谐波电流检测方法原理及实现
• 4.3 自适应谐波电流检测LMS 算法改进
• 4.4 本章小结
• 5 系统实验波形及分析
• 5.1 系统硬件实现
• 5.2 DVR 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 本文工作的总结
• 6.2 未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 DVR 系统实验平台