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逆变器在动态电压恢复器中的应用

2011-06-24 14:59
吃瓜天狼
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1 概述

  电能质量的问题主要体现为电压质量问题。

  根据美国电气和电子工程师协会(IEEE)和其他一些国际委员会的推荐,描述电能质量问题的术语主要包括:电压不平衡(Voltage unbalance)、过电压(Overvoltage)、欠电压(Undervoltage)、电压骤降(Sag)、电压骤升(Swell)、供电中断(Interruption)、电压瞬变(Transient)、电压切痕(Notches)、电压波动(Voltage fluctuation)或闪变(Flicker)等[1]。这些问题或多或少地会影响许多设备的正常运行,给用户带来大量的不便。

  一般,通过装设补偿装置来抑制或消除电能质量问题是一种非常有效的方法。而动态电压恢复器(dynamic voltage restorer———DVR)是解决电压骤升、骤降等动态电能质量问题的串联型补偿装置[2]。

  图1所示为典型的DVR(虚线框内)结构框图,其一般可以分为以下几部分:检测及控制单元;储能单元,包括直流电压变换装置和储能元件;整流器单元,包括整流电路、并联变压器、整流侧滤波器;逆变器单元,包括逆变器、滤波器及串联变压器。DVR相当于串联在系统中动态受控的电压源,其核心单元是基于全控型器件的电压型逆变器。DVR逆变单元作为电压补偿指令的执行环节,在很大程度上影响甚至决定了整个DVR系统的性能和硬件成本。

2 DVR逆变器的电路结构

  在DVR 中,每一单元虽然在功能上相对独立,但互有关联,不可分割,所以在设计和控制上需要协调一致。DVR中的检测控制单元对系统的运行工作状况进行实时检测、采集信息并进行处理计算后,向DVR其他部分发出控制指令。在储能单元中,常规的DVR 一般使用像蓄电池、电容器等传统器件来储存补偿所需的能量,如今超级电容器在DVR中的应用越来越广。整流器单元的主要作用是把电网侧交流电压转换成直流以便向储能单元提供能量,常用整流电路一般有二极管整流、SCR可控整流以及PWM整流器等[3]。

  DVR逆变器单元的主要作用是根据控制单元给出的控制指令,把直流电压转换成一定幅值、相位的交流电压,然后和故障的电网电压叠加,使得负载侧电压保持稳定不变。根据应用场合的电压等级不同,DVR可以通过串联变压器和电网耦合(电压等级高),也可以通过滤波电容支路直接和电网耦合。另外,逆变器本身的拓扑和控制策略也是多种多样的。

  本文采用单相H桥结构的逆变主电路(如图2所示)。

  图2 中,Udc 代表经整流器输出的直流电源;

  TA1~TA4为大功率全控型开关管,通常选择IGBT或者IPM模块;Usi 为逆变器的交流输出,通过滤波电路输出经过升压变压器送入电网。

3 DVR 逆变器的控制策略

  对于逆变器的控制,现在应用最多的是脉宽调制技术。脉宽调制技术主要有:载波式脉宽调制、磁通脉宽调制(空间矢量脉宽调制)、随机脉宽调制以及特定谐波消除脉宽调制。而对于单相逆变器来说,为抑制开关阵列输出脉冲中的低次谐波,可选用的脉宽调制方法主要是载波式脉宽调制(SPWM)方法和特定谐波消除脉宽调制(Selective Harmonic Elimination PWM-SHEPWM)方法。

  载波式脉宽调制是最为成熟的脉宽调制方法,一般以正弦波为调制波,以N 倍于调制波频率的三角波或锯齿波为载波,通过调制波和载波的电压比较,决定逆变器中开关管的通断状态,使得逆变器的输出脉冲宽度按照正弦规律变化。载波式脉宽调制方法原理简单、通用性强、控制方便、易于实现、性能良好。但用此调制方法的逆变器输出脉冲中的谐波分布与调制比、载波比都有关系,当调制比很低或载波比很小的时候,逆变器输出中的低次谐波含量就会过高。

       

        

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