一种串联电容耦合型动态电压恢复器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种串联电容耦合型动态电压恢复器及其控制方法，该恢复器由全控器件构成的PWM逆变器、直流侧储能电容Cdc、LC输出滤波器、串联变压器T以及串联耦合电容C构成；串联耦合电容C串联安装在滤波电容Cf和串联变压器T间；本发明专利技术采用最小能量补偿策略时，不改变滤波效果基础上不仅能实现最小有功输出，还可显著降低逆变器输出电压，从而有效降低逆变器容量和直流侧电压等级，降低设备成本和系统损耗；在补偿期间，为保证在负荷发生波动情况下装置能安全稳定运行，给出适用于本发明专利技术的角度调节方法，必要时需要对负载电压Ul进行角度为δ的调节。

A series capacitor coupled dynamic voltage restorer and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种串联电容耦合型动态电压恢复器及其控制方法
本专利技术属于电力电子控制
，涉及一种串联电容耦合型动态电压恢复器及其控制方法。
技术介绍
随着微电网的快速发展以及大量的精密仪器和敏感设备被广泛应用，越来越多的电能质量问题逐渐突显出来，而其中的电压跌落问题便是影响电力负荷稳定运行的最主要问题之一。动态电压恢复器(dynamicvoltagerestorer，DVR)凭借其运行效率高、可靠性高和快速性好等优势，成为目前解决电力系统中电压跌落问题最为经济、有效的动态补偿装置。在补偿电网电压跌落时，动态电压恢复器输出电压的大小与PWM逆变器的整体容量有关，即需要输出的补偿电压越大，PWM逆变器的容量也就需要随之增大，进而增加了设备的运行成本和功率损耗。动态电压恢复器的电压补偿策略主要有同相电压补偿、完全电压补偿以及最小能量补偿三种，为了实现动态电压恢复器有功注入的最小化，充分有效地利用直流侧储能设备，延长补偿时间，最小能量补偿方法得到广泛关注。虽然动态电压恢复器采用最小能量补偿策略时可一定程度上降低有功需求，延长补偿时间，增大补偿能力，但不可避免的带来动态电压恢复器输出电压幅值增大的问题。如何在降低补偿过程有功需求的同时，降低输出电压等级，从而有效降低装置整体容量，值得深入研究与探讨。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供一种串联电容耦合型动态电压恢复器，解决了现有技术中存在的动态电压恢复器采用最小能量补偿策略时带来动态电压恢复器输出电压幅值增大的问题。本专利技术的另一目的是提供一种上述动态电压恢复器的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，由全控器件构成的PWM逆变器、直流侧储能电容Cdc、LC输出滤波器、串联变压器T以及串联耦合电容C构成。进一步的，所述LC输出滤波器由滤波电感Lf和滤波电容Cf构成。进一步的，所述PWM逆变器由4个全控型器件IGBT和4个续流二极管构成。进一步的，所述直流侧储能电容Cdc安装在PWM逆变器直流侧，LC输出滤波器安装在PWM逆变器交流侧；直流侧储能电容Cdc正极和第1个IGBT的集电极相连，直流侧储能电容Cdc负极和第3个IGBT的发射极相连，LC输出滤波器一端与第1个IGBT的发射极相连，LC输出滤波器另一端与第4个IGBT的集电极相连。进一步的，所述串联耦合电容C串联安装在滤波电容Cf和串联变压器T之间。进一步的，所述串联变压器T将所述串联电容耦合型动态电压恢复器与电网相连，并使用一个旁路开关K和串联变压器T一次侧并联。本专利技术的另一技术方案是，一种串联电容耦合型动态电压恢复器的控制方法：检测电网电压Us，若dsag≥0.9，dsag为电网电压跌落因子，则不需要进行电压补偿，旁路开关K闭合，串联电容耦合型动态电压恢复器工作在备用状态；若dsag＜0.9，即电网电压发生跌落，需要进行电压补偿，旁路开关K断开，串联电容耦合型动态电压恢复器正常工作，向电网注入相应的补偿电压，以维持负荷侧电压幅值的稳定。进一步的，所述补偿电压按以下方法确定：步骤S1，在检测到电网电压发生跌落后，串联电容耦合型动态电压恢复器的指令电压计算环节可以计算出串联电容耦合型动态电压恢复器所需注入电网的补偿电压的指令值U*dvr；步骤S2，对串联电容耦合型动态电压恢复器输出的补偿电压进行电压电流双闭环控制：将参考补偿电压指令值U*dvr与串联电容耦合型动态电压恢复器注入补偿电压Udvr作差，然后将这一差值送入电压外环PI控制器，通过与外环比例积分参数KP1和KI1运算得到调节信号Ir，接着将电压外环PI控制器得到的调节信号Ir作为电流内环PI控制器的参考指令信号与滤波电感Lf的滤波电感电流ILf作差，再把得到的差值输入电流内环PI控制器，通过与内环的比例积分参数KP2和KI2运算得到相应的调节信号；步骤S3，将得到的调节信号送入驱动电路产生相应的驱动信号控制PWM逆变器，从而使得串联电容耦合型动态电压恢复器产生所需的补偿电压。进一步的，在串联电容耦合型动态电压恢复器输出补偿电压期间，为保证在负荷发生波动时PWM逆变器输出电压不超出其输出极限电压值Uinv-max，需要检测PWM逆变器输出电压Uinv的大小，若Uinv≤Uinv-max，则表示PWM逆变器输出电压未超出其输出极限电压值，串联电容耦合型动态电压恢复器可安全稳定运行，无需进行角度调节，得到补偿电压的指令值U*dvr＝Udvr；若Uinv＞Uinv-max，则表示PWM逆变器输出电压超出了其输出极限电压值，为保证装置的安全稳定运行，需要对负载电压Ul进行角度为δ的调节，通过调节角度δ的大小，可以改变补偿电压的大小和相位，并经过调整计算得到补偿电压的指令值U*dvr＝Udvr′，Udvr′为调整后串联电容耦合型动态电压恢复器注入补偿电压大小，从而最终使得PWM逆变器输出电压满足其极限电压要求。进一步的，所述通过调节角度δ的大小，可以改变补偿电压大小和相位的方法为：这里，PWM逆变器输出电压Uinv满足条件Uinv≤M·Udc(1)于是可以得到PWM逆变器可输出的极限电压值为Uinv-max＝M·Udc；根据和之间的关系，δ可以由以下公式推导出来ULCC＝(1/ωC-ωLf)·Il(2)在确定了调节角度δ之后，可以得到调整后动态电压恢复器注入补偿电压的大小为进一步地，可以得到和的夹角γ为由此可得，调整后的补偿电压相位为其中，公式(3)中的C为电容值，M为调制比、Udc为PWM逆变器的直流侧电压、为故障期间电网电压、为负载电压、为调整后的负载电压、Il为串联耦合电容C上的电流、ω＝2πf，f为基波频率等于50Hz、ω为角速度、为串联耦合电容C上电压与滤波电感Lf上电压之和(即头上带点的表示向量，这里的和都表示向量)、ULCC表示向量的幅值大小、α为与的向量夹角、α'为调整后的补偿电压相位、为功率因数角、γ为和的夹角、为动态电压恢复器注入补偿电压、为调整后的动态电压恢复器注入补偿电压。本专利技术的有益效果是：本专利技术在同等系统参数环境下，由于串联耦合电容C的存在，通过合理设计串联耦合电容C上电压的大小，可以减少PWM逆变器输出电压又由于PWM逆变器输出电压的降低，从而可以在串联耦合电容C后实现PWM逆变器容量以及直流侧电压等级的降低，同时降低设备成本和系统损耗。本专利技术在同等工况下，采用最小能量补偿策略时，串联电容耦合型动态电压恢复器PWM逆变器输出电压的基波有效值不仅要比传统动态电压恢复器低的多，同时也比采用同相补偿策略时的传统动态电压恢复器低。通过调节角度的大小，可以改变补偿电压的大小和相位，从而最终使得PWM逆变器输出电压满足其极限电压要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是串联电容耦合型动态电压恢复器的拓扑结构图；图2是串联电容耦合型动态电压恢复器的系统等效电路图；图3a是串联电容耦合型动态电压恢复器采用纯无功补偿策略时的工作矢量图；图3b是串联电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，由全控器件构成的PWM逆变器、直流侧储能电容Cdc、LC输出滤波器、串联变压器T以及串联耦合电容C构成。

【技术特征摘要】
1.一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，由全控器件构成的PWM逆变器、直流侧储能电容Cdc、LC输出滤波器、串联变压器T以及串联耦合电容C构成。2.根据权利要求1所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，所述LC输出滤波器由滤波电感Lf和滤波电容Cf构成。3.根据权利要求1所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，所述PWM逆变器由4个全控型器件IGBT和4个续流二极管构成。4.根据权利要求3所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，所述直流侧储能电容Cdc安装在PWM逆变器直流侧，LC输出滤波器安装在PWM逆变器交流侧；直流侧储能电容Cdc正极和第1个IGBT的集电极相连，直流侧储能电容Cdc负极和第3个IGBT的发射极相连，LC输出滤波器一端与第1个IGBT的发射极相连，LC输出滤波器另一端与第4个IGBT的集电极相连。5.根据权利要求2所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，所述串联耦合电容C串联安装在滤波电容Cf和串联变压器T之间。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器，其特征在于，所述串联变压器T将所述串联电容耦合型动态电压恢复器与电网相连，并使用一个旁路开关K和串联变压器T一次侧并联。7.如权利要求6所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，检测电网电压Us，若dsag≥0.9，dsag为电网电压跌落因子，则不需要进行电压补偿，旁路开关K闭合，串联电容耦合型动态电压恢复器工作在备用状态；若dsag＜0.9，即电网电压发生跌落，需要进行电压补偿，旁路开关K断开，串联电容耦合型动态电压恢复器正常工作，向电网注入相应的补偿电压，以维持负荷侧电压幅值的稳定。8.根据权利要求7所述的一种串联电容耦合型动态电压恢复器的控制方法，其特征在于，所述补偿电压按以下方法确定：步骤S1，在检测到电网电压发生跌落后，串联电容耦合型动态电压恢复器的指令电压计算环节可以计算出串联电容耦合型动态电压恢复器所需注入电网的补偿电压的指令值U*dvr；步骤S2，对串联电容耦合型动态电压恢复器输出的补偿电压进行电压电流双闭环控制：将参考补偿电压指令值U*dvr与串联电容耦合型动态电压恢复器注入补偿电压Udvr作差，然后将这一差值送入电压外环PI控制器，通过与外环比例积分参数KP1和KI1运算得到调节信号Ir，接着将电压外环PI控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂春鸣，郭祺，姜飞，肖凡，帅智康，卢柏桦，高家元，兰征，李庆，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43