工业园区电压暂降特性及治理技术研究

摘要

电压暂降作为发生频次最高、造成后果最严重的电能质量问题之一，随着现代制造产业的不断发展受到了越来越多的关注。工业园区由于包含大量对电压暂降极其敏感的用电设备，其对电压暂降治理的需求十分突出。动态电压恢复器作为最经济、有效的治理电压暂降的定制电力电子设备，是电压暂降治理技术的研究热点。本文立足于受电压暂降影响极大的工业园区，对电压暂降的特性以及动态电压恢复器的拓扑结构、补偿策略、参考电压生成方法和电压控制方法这几个方面的内容进行研究。本文所研究的动态电压恢复器解决了基于三相桥式逆变电路拓扑的动态电压恢复器难以分别控制每一相电压而导致的无法补偿三相电压非平衡暂降的不足，能够在系统的储能容量一定的情况下延长补偿时间，且补偿效果与负载电流的分布情况无关。　　本文首先系统地对电压暂降特性进行了研究，分析了电压暂降的定义、分类、产生的原因、危害以及抑制措施。随后对三种引起电压暂降的主要原因进行理论分析，进而在MATLAB仿真软件中分别对它们进行仿真模型搭建，验证理论研究的正确性。　　其次就动态电压恢复器展开了研究与探索，研究其工作原理以及拓扑结构。其中，动态电压恢复器的构成主要涵盖储能、逆变、滤波以及耦合四部分。通过补偿策略相量图，对比了动态电压恢复器现有的同相电压补偿策略、完全电压补偿策略与能量优化电压补偿策略的原理及优缺点。采用一种基于瞬时空间矢量理论与对偶PQ理论的广义控制算法，通过直接潮流控制产生瞬时参考电压来补偿负载电压。该算法采用能量优化电压补偿策略，降低了系统的储能要求，可以快速地补偿电压暂降，而与负载电流的分布情况无关。　　本文的最后针对已分析过的基于瞬时空间矢量理论与对偶PQ理论的能量优化动态电压恢复器进行了仿真。利用MATLAB仿真软件搭建了动态电压恢复器接入电网的系统模型。详细说明了该模型的各个组成部分，并给出了重要模块的参数。采用四个仿真案例对仿真模型的有效性进行验证，结果表明本文采用的动态电压恢复器的补偿策略与控制算法能够对电压暂降实现实时补偿，且构成简洁、响应速度快、补偿精度较高。

目录

声明

第 1章绪论

1.1 研究课题的背景和意义

1.2 本课题的研究现状综述

1.2.1 电压暂降的研究现状综述

1.2.2 动态电压恢复器的研究现状综述

1.3 本文所做的工作

第 2章电压暂降特性分析

2.1 引言

2.2 电压暂降概述

2.2.1 电压暂降的定义

2.2.2 电压暂降的分类

2.3 短路故障引起的电压暂降

2.3.1 三相接地短路故障引起的电压暂降

2.3.2 单相接地短路故障引起的电压暂降

2.3.3 两相相间短路故障引起的电压暂降

2.4 变压器激磁引起的电压暂降

2.5 感应电动机启动引起的电压暂降

2.6 电压暂降的危害及抑制

2.6.1 电压暂降的危害及影响

2.6.2 抑制电压暂降的措施

2.7 本章小结

第 3章能量优化动态电压恢复器

3.1 引言

3.2 动态电压恢复器的工作原理及拓扑结构

3.2.1 动态电压恢复器的工作原理

3.2.2 动态电压恢复器的基本单元

3.2.3 动态电压恢复器的拓扑结构设计

3.2.4 动态电压恢复器的补偿策略

3.3 瞬时空间矢量及对偶 PQ理论

3.3.1 瞬时空间矢量理论

3.3.2 对偶 PQ 理论

3.4 能量优化电压补偿策略

3.4.1 能量优化电压补偿策略分析

3.4.2 功率因数角的计算

3.4.3 动态电压恢复器参考电压的生成

3.5 本章小结

第 4章动态电压恢复器的仿真与分析

4.1 引言

4.2 动态电压恢复器仿真模型说明

4.3 电压暂降仿真分析

4.3.1 案例一：短路故障引起的电压暂降补偿

4.3.2 案例二：变压器激磁引起的电压暂降补偿

4.3.3 案例三：感应电动机启动引起的电压暂降补偿

4.3.4 案例四：容性负载的电压暂降补偿

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读硕士学位期间的成果