级联多电平动态电压恢复器的补偿与控制策略研究

摘要

随着科学技术发展的突飞猛进和工业规模的日益扩大，以计算机或微处理器为核心的先进设备对电能质量和供电可靠性都提出了比传统设备更苛刻的要求。国内外大量的统计数据表明，在诸多的电能质量问题中尤以电压暂降问题发生的频率最高，影响最为严重，造成的经济损失最大。因此，进一步认识并解决电压暂降问题是电力科研工作者所面临的一个重要课题。动态电压恢复器(DynamicVoltage Restorer,DVR)是近几年兴起的一类串联型电能质量补偿装置，且特别适合用于补偿电压暂降问题，与其他电能质量问题治理装置相比，DVR具有结构简单、装置成本低、补偿效率高等优势。
　　本文重点研究了DVR装置的补偿与控制策略，并详细分析了DVR的工作原理以及主电路拓扑结构。为了提高DVR的输出电压等级，降低装置的运行成本，DVR的逆变器结构采用级联多电平技术;针对传统的最小能量补偿方法存在的不足，本文提出了一种改进的级联多电平逆变器最小能量补偿方法，同时在DVR的控制策略方面提出了一种新颖的复合控制策略并应用于逆变器的控制系统。仿真分析与结果都验证了本文所提出的级联多电平DVR补偿与控制策略的可行性。
　　论文主要完成了以下工作:
　　(1)介绍了DVR装置的工作原理并详细分析了其组成部分、主电路拓扑结构的类型等，在此基础之上选择级联多电平技术应用于DVR的逆变器结构中，分析比较了几种典型的DVR电压暂降检测方法、补偿方法与控制策略。
　　(2)鉴于传统最小能量补偿方法的不足，提出了一种改进的级联多电平逆变器最小能量补偿方法，该方法物理意义明确，在确定DVR向系统注入最小功率条件时简洁方便，并且能够进一步减少DVR装置在进行补偿工作时的能量消耗，有效地延长DVR的工作时间。分析了该方法的原理、补偿特性以及其实现步骤。
　　(3)为提高DVR装置中级联多电平逆变器的运行性能，使得DVR装置在补偿电压暂降的同时能够进一步改善系统电压的谐波特性，提出一种基于比例积分PI和改进比例谐振MPR双闭环控制器并联运行的正弦脉宽调制SPWM复合控制策略，分析了所提复合控制策略的电压暂降补偿与谐波补偿能力。该方法避免了传统比例谐振PR控制以及多重PI控制策略中复杂的坐标变换以及解耦控制等，简化了系统复杂程度。
　　(4)为了验证本文所提出的级联多电平DVR装置补偿与控制策略的可行性与有效性，基于Matlab/Simulink仿真软件搭建了级联多电平DVR装置的系统模型并进行电压暂降补偿与谐波补偿仿真分析，结果验证了本文所提出方法的可行性与有效性。

目录

声明

摘要

图表索引

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 电压暂降问题

1．2．1 电压暂降的定义与特征量

1．2．2 电压暂降发生的原因与危害

1．3 动态电压恢复器DVR的研究现状

1．4 本文的主要工作

第二章 动态电压恢复器的工作原理及主电路拓扑结构

2．1 DVR工作原理

2．2 DVR各部分组成分析

2．2．1 储能单元

2．2．2 逆变单元

2．2．3 滤波单元

2．2．4 耦合单元

2．3 DVR主电路拓扑结构的选择

2．3．1 几种主电路拓扑结构比较

2．3．2 级联多电平逆变器拓扑结构分析

2．4 本章小结

第三章 级联多电平DVR系统的检测与控制方法

3．1 级联多电平DVR系统电压暂降检测方法

3．2 级联多电平DVR系统控制结构

3．2．1 上层控制

3．2．2 中间控制

3．2．3 下层控制

3．3 级联多电平DVR系统补偿方法

3．3．1 完全补偿

3．3．2 同相补偿

3．3．3 最小能量补偿

3．4 级联多电平DVR系统控制方法

3．4．1 前馈控制

3．4．2 反馈控制

3．4．3 其他控制

3．5 本章小结

第四章 基于改进型最小能量补偿的级联多电平DVR研究

4．1 改进型最小能量补偿法原理

4．2 改进型最小能量补偿法特性分析

4．2．1 零有功功率消耗模式

4．2．2 最小有功功率消耗模式

4．3 改进型最小能量补偿法实现

4．4 本章小结

第五章 基于复合控制策略的级联多电平DVR设计

5．1 级联多电平DVR复合控制策略

5．2 复合控制策略分析与实现

5．2．1 MPR控制器频域分析

5．2．2 控制器电压暂降补偿能力分析

5．2．3 控制器谐波电压抑制能力分析

5．3 本章小结

第六章 级联多电平DVR补偿与控制策略仿真分析

6．1 级联多电平DVR系统仿真框图

6．2 仿真系统主要参数设计

6．3 电压哲降检测仿真结果

6．4 电压暂降补偿仿真结果

6．5 谐波电压补偿仿真结果

6．7 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文总结

7．2 未来展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已取得的科研成果