级联多电平动态电压恢复器补偿策略与控制方法的研究

摘要

随着电网技术的发展，用户电能质量的概念受到广泛重视。动态电压恢复器(DVR)能够有效抑制电压跌落，避免敏感负荷欠压脱网，日渐受到众多学者重视。长期以来，绝大多数研究集中在其欠压补偿控制策略，设备利用率低，工程应用价值未得到充分发挥。本文在进一步研究其电压跌落补偿前提下，对DVR应用于故障限流、谐波抑制及线路阻抗调节等方面进行了理论研究与实验验证。 首先分析了DVR基本拓扑结构和工作原理，针对电压跌落的检测方法进行了研究。在分析了现有跌落检测方法的基础上，综合考虑电压跌落深度、跌落时刻、相位跳变、谐波畸变、频率变化等因素，提出了一种适应谐波畸变电网的半周期傅立叶变换的电压跌落检测方法。在半个工频周期内采用滑动窗口实时计算dq分量平均值，判断电压基波幅值变化。仿真和实验表明，该方法检测时间快，检测输出波动小，无需低通滤波器和查表计算，对频率波动适应性强，计算量小，易于实现。 其次，研究了DVR的电压补偿与故障限流策略。以S变换实现故障选相和故障类型的快速识别，根据故障位置不同采用跌落补偿和故障限流相结合的综合策略。上游故障时，提出了完全补偿和最小能量模式之间相结合的离散相位过渡法，保证负载波形无暂态畸变且能长时间补偿电压跌落。下游故障时，采取故障相限流模式，使DVR在配电系统中起到隔离故障作用。 为了进一步提高设备利用率，研究了DVR在无跌落发生时辅助谐波补偿与阻抗调节功能。提出了基于H桥多元组合策略的谐波消除和阻抗控制的联合控制方法，基波电压指令对应线路电抗控制，谐波电压指令对应谐波补偿。同时，针对级联H桥逆变单元的直流电压平衡问题，提出了一种调制波平移、调制度、电平数、H桥模块选择排序、轮循消谐的多元组合控制策略，保证了相内模块电压平衡，损耗最小。 最后，在Matlab/Simulink环境中搭建级联多电平DVR的仿真模型，验证了理论的正确性。通过详细的理论推导和数学计算，完成了DVR实验装置的元件选型和物理平台的设计，对动态电压恢复器的样机进行了模拟电网运行。实验数据验证了文中控制策略和软硬件设计的合理性。

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