经济型动态电压恢复仪(dvr)研究

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1、经济型动态电压恢复仪(DVR)研究1绪论1.1电能质量概述在电力系统中，电能作为一种特殊的商品，其安全、优质和经济等方面均有严格的技术标准要求。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电，但由于系统中发电机、变压器、输电线路以及各种用电设备的不对称性，运行误操作导致的各种故障，以及用户设备的非线性等原因，这种理想状态并不存在，因此电网在运行中会出现各种问题，从而产生了电能质量概念。IEEE协调委员会对电能质量的技术定义为：合格的电能质量是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统均是适合该设备正常工作的⑴。围绕电能质量的含义，从不同角度可以理解为以下四个方

2、面：电压质量指实际电压与期望电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格；电流质量指用户所使用的电流为恒定频率的正弦波电流；供电质量主要指供电可靠性和供电企业服务质量；用电质量则反映供用双方的责任和义务[2]。电能质量主要包括频率、供电电压偏移和电压波形。在系统动态过程中，如果系统的实际频率与额定频率偏差值较大，轻则会影响自动化设备的工作，导致设备损坏，造成产品质量下降，重则会影响电力系统的稳定运行；而当实际供电电压与额定电压出现偏差，不仅会威胁到正在运行的各种用电设备的正常运行和安全工作，长时间的电压暂降更会导致设备损坏，甚至更大的经济损失。同时，由电力系统本身的非

3、线性元件以及各种非线性负荷用户所产生的大量谐波，也会使得电压波形发生畸变，对各种电子设备以及通信造成大范围干扰。为了保证电网和用户的用电安全，国家质量技术监督局颁布了6项电能质量国家标准[3],如表1.1所示。随着用户对供电可靠性要求的不断提高，动态电能质量问题逐步受到供电管理部门和研究者的重视。动态电能质量通常以频谱和暂态持续时间为特征，其中短时电压改变是被关注的热点之一。短时电压改变指由于系统中发生故障或较大负荷变化引起电压均方根值在短时间改变的现象，包括电压上升、电压跌落、脉冲、断电等。电力系统中其电能质量问题的70%-90%为电压跌落[4]。.1.2电压跌落供电网

4、络的电压问题研究逐渐受到越来越多的重视[8]。供电网的电压质量问题主要有电压跌落、电压浪涌以及瞬时供电电压中断等[9，10]，其波形如图1.1所示。电压跌落（Voltagesag)，也称电压骤降、电压下跌、电压凹陷，是指在短时间内供电电压突然下降然后又回升的一种状态，跌落持续时间为0.5~30周波的一种现象[11]。IEEE标准中电压跌落定义为：供电系统中某点的工频电压有效值突然下降到额定值的10%-90%，并在随后10ms~lmin的短暂持续期后恢复正常。电压跌落分析中，电压跌落幅值、电压跌落持续时间以及电压跌落相位跳变为其最重要的三个特征量。近年来，随着计算机技术、自

5、动化技术、电力电子技术的快速发展，各种高度自动化、高性能以及更为精密的电子仪器被大量投入使用，因此，供电系统的电压波动对这种精密仪器的影响十分巨大，而电压跌落是造成敏感设备不能正常工作的主要原因。.2经济型DVR结构的研究2.1经典DVR结构DVR作为一种串联型补偿电压的电力电子设备，被看作是减轻电压跌落影响的有力措施，在维持电力系统稳定方面发挥着十分重要的作用。经典DVR系统结构图如图2.1所示，主要由串接变压器，滤波系统，直流储能系统以及P逆变器构成。其基本工作原理是：在电网电压发生跌落期间，会造成负荷一侧的电压跌落，此时检测电路检测到系统的跌落电压，电压信号通过控制

6、电路产生补偿电压的P信号，控制逆变器产生一个补偿电压，该电压与系统跌落电压相叠加，以维持负荷电压的稳定。从DVR结构可以看出，DVR的核心单元是一个基于全控型器件的电压源型逆变器，通过检测电路检测系统电压跌落信号，该信号控制逆变器产生一个补偿电压，补偿电压与跌落的电网电压叠加，提供给负载使用。整个过程中，DVR能否输出足够的补偿电压，关键在于DVR直流侧是否有足够的能量支撑。DVR直流侧需要持续稳定的能量才能维持其电容电压。获取能量的方式主要有两种：一是通过储能装置供给；二是通过电网获取。储能装置具有保存时间长、可靠性高等特点，能够向DVR直流侧提供足够的能量，满足DVR

7、逆变器单元产生补偿电压的需要。储能技术目前在电力系统中的应用十分广泛，在提升电能质量、提高电力系统稳定性方面发挥着重要的作用。目前常见的储能方式包括蓄电池储能、超级电容器储能以及蓄电池一超级电容器储能。.2.2经济型DVR结构应用电力电子技术，采用简化的替代电路也可以实现全控整流模块同样的功能。本文提出一种不控整流加DC/DC的结构，来替代简化的UPQC模型中的全控整流模块。通过不控整流，能够将电网的交流电变为直流电，通过对DC/DC电路进行控制，获得所期望的稳定直流电压。简化的UPQC模型中全控整流模块由6个相同的IGBT组