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连续型动态电压恢复器的研究

作　者: 信家男
导　师: 徐殿国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电能质量电压暂降动态电压恢复器电压故障检测
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科学技术发展,电气设备以及电力用户对电网电能品质有了更高的要求。对于电能品质的改善虽然可以从输配电的各个环节着手,但采用补偿方式相比其他方式更为直接有效。据统计92%的电能质量问题是由电压暂降引起的,其发生频率高、造成经济损失严重,而动态电压恢复器(DVR)就是目前解决电压暂降问题最经济、最有效的手段。通过实时监测电网及负载节点电压状态,在电压暂落发生时向系统注入能量,来补偿正常电压与系统实时电压的差值,基于此,动态电压恢复器可以用来解决电压暂降、暂升这类动态电压型电能质量问题,且还具备补偿三相不平衡,滤除电压谐波的功能。当今对DVR的主要研究目的在于提升其动态性能,提高其补偿能力,保证DVR的经济性。本文在对DVR工作原理,装置基本结构分析和研究的基础之上,提出连续型补偿结构,并对电压暂降故障检测算法以及电压补偿策略、DVR控制策略等进行了相应的研究。主要研究成果包括以下几个方面:DVR其装置设计要考虑到补尝电压暂降幅值范围、装置容量成本等多方面因素,不同的拓扑结构适用于不同电压等级、容量等级场合,并针对实际电压暂降故障特点,采用连续型补偿结构,主电路设计上采用不可控整流来提供能量,并由三组单相H桥逆变器进行补偿输出,最后采用串联变压器耦合方式。针对电压暂降启停时刻、电压暂降幅值及持续时间三个主要特征量分析当前常用电压故障检测算法性能,并考虑到电网谐波对检测算法精度的影响对基于噪声对消原理的电压故障检测算法进行仿真,并提出基于滑动积分器的电压故障检测算法。并验证该方法能够准确,快速的分离出基波以及谐波电压信息以用于故障检测。考虑到UDVR的补偿性能以及动态响应速度,对电压补偿方式进行讨论并设计一种兼具快速、稳定的带前馈双闭环复合控制系统,并对单相H桥逆变器进行建模分析,选择单极性倍频SPWM调制方式。最后基于DSP2812芯片作为控制核心,进行电压故障检测、补偿策略、控制策略的软件实现,并搭建150KVA的试验样机对理论进行实现。实验结果验证了设计的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 电能质量问题的概述  11-14
  1.3 电压暂降  14-19
    1.3.1 电压暂降的产生原因  15
    1.3.2 电压暂降的危害  15-16
    1.3.3 基于Custom Power的电压跌落抑制方法  16-19
  1.4 动态电压恢复器研究现状  19-20
  1.5 本课题主要研究内容  20-21
第2章 150KVA连续型动态电压恢复器结构  21-30
  2.1 引言  21
  2.2 动态电压恢复器主电路结构分析  21-24
    2.2.1 级联型中压大功率DVR拓扑  21-22
    2.2.2 无串联变压器的DVR拓扑  22
    2.2.3 带有改进型固态开关的DVR  22-23
    2.2.4 可连续补偿的动态电压恢复器  23-24
  2.3 150KVA连续型动态电压恢复器主电路结构设计  24-29
    2.3.1 UDVR能量获取方式  24-25
    2.3.2 UDVR逆变器输出单元  25-26
    2.3.3 UDVR能量耦合方式  26-27
    2.3.4 UDVR的滤波器设计  27-28
    2.3.5 其他部分设计  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章电压暂降故障检测算法  30-47
  3.1 引言  30
  3.2 常用的检测方法  30-35
    3.2.1 有效值检测算法  31
    3.2.2 缺损电压法  31-32
    3.2.3 基于瞬时无功功率理论 dq0 变换法  32-33
    3.2.4 瞬时无功功率理论 dq0 变换法的单相改进算法  33-35
  3.3 基于噪声对消原理的自适应电压暂降检测算法  35-38
    3.3.1 自适应噪声对消原理  35
    3.3.2 基于自适应噪声对消原理的电压故障检测算法  35-37
    3.3.3 仿真验证  37-38
  3.4 基于滑动积分的离散傅里叶电压故障检测算法  38-46
    3.4.1 傅立叶变换离散化  38-39
    3.4.2 滑动积分算法  39-40
    3.4.3 基于滑动积分算法的电压暂落检测原理  40-42
    3.4.4 滑动积分器检测算法的拓展应用  42-43
    3.4.5 仿真分析  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章 UDVR补偿策略及控制策略的研究  47-68
  4.1 引言  47
  4.2 电压补偿策略的限制因素  47-48
  4.3 UDVR补偿策略分析  48-57
    4.3.1 同相位补偿策略  48-49
    4.3.2 完全电压补偿策略  49-50
    4.3.3 最小能量补偿策略  50-52
    4.3.4 能量优化补偿策略  52
    4.3.5 仿真验证  52-57
  4.4 UDVR控制策略分析  57-62
    4.4.1 前馈控制  58-59
    4.4.2 反馈控制  59-60
    4.4.3 复合控制  60
    4.4.4 复合控制策略的仿真验证  60-62
  4.5 单相H桥的单极性倍频SPWM控制  62-67
    4.5.1 单相H桥逆变器数学模型的建立  63-64
    4.5.2 SPWM调制方式的分析  64-65
    4.5.3 SPWM调制方式输出电压谐波分析  65-67
  4.6 本章小结  67-68
第5章动态电压恢复器控制系统设计及实验  68-79
  5.1 引言  68
  5.2 150KVA连续型动态电压恢复器样机  68-70
  5.3 控制系统设计  70-76
    5.3.1 硬件电路设计  70-75
    5.3.2 软件设计  75-76
  5.4 实验结果  76-78
    5.4.1 电网电压检测  76-77
    5.4.2 电压暂降补偿  77-78
  5.5 小结  78-79
结论  79-80
参考文献  80-88
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  88-90
致谢  90-95

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