动态电压恢复器控制技术若干关键问题研究

发布时间：2019-04-22 14:59

【摘要】：随着高精密负载的使用越来越广泛,用户对电能质量的要求也随之提高,即便短时的电压跌落也会对这些负载造成影响。动态电压恢复器(DVR)作为一种能够有效抑制电压跌落的电力电子装置,开始成为研究的热门方向。 DVR能够输出补偿电压保持负载电压稳定,一个很重要的前提就是能够快速且准确的检测出电压跌落。由于电网电压跌落时其幅值和相位的变化过程会影响到检测方法的性能,因此本文首先分析了七种不同类型电压跌落的特性,给检测方法的设计提供了参考依据。跌落检测方法需要在扰动较大的电网电压信号中较为快速和较为准确地提取出基波信号,而且需要适用于检测三相和单相电压跌落。基于全窗式离散傅里叶变换(DFT)的跌落检测方法,其滤波能力强,但是检测速度慢。而基于短窗式DFT的跌落检测方法,检测速度快,但是滤波能力弱。因此,针对这个问题,本文提出了一种基于改进的短窗式DFT的跌落检测方法,其在短窗式DFT的基础上引入了扰动滤波器,也就是将若干个二阶陷波器和一个二阶低通滤波器相结合,改善了短窗式DFT算法的滤波特性,同时也没有过于延长检测时间,在快速性和准确性上寻找到了一个折中的方案。直流电源的高额成本会限制储能装置的容量,尽可能地延长补偿时间对提高DVR的补偿效率是非常重要的。为了避免逆变器过调制,补偿电压幅值会限制母线最低放电电压,也就是母线可以释放的能量,而输出有功功率决定了母线放电的速度,因此两者共同决定了补偿时间的长短。而调整补偿策略,也就是调整负载电压相位跳变角,可以改变补偿电压幅值和输出有功功率,也就可以改变补偿时间。对于最小能量补偿策略而言,本质上是为了最大化补偿时间,当DVR仅输出零有功功率时,补偿时间为最长。但是当DVR必须输出有功功率时,即便功率为最小,由于此时补偿电压幅值一般较大,可以释放的能量较少,其未必能够提供最长的补偿时间。因此,本文提出了一种改进的最小能量补偿策略,根据电容放电公式建立了补偿时间与负载电压相位跳变角的关系,通过求导得到了最优的负载电压相位跳变角,从而使得DVR可以提供最长的补偿时间,并进一步分析了单相和三相的补偿原理以及补偿特性。同时为了避免补偿时负载电压相位突变较大,本文针对改进的最小能量补偿策略,提出了一种最优的相位过渡方法。 DVR作为一种补偿电压跌落的装置,对控制策略的动态响应要求很高,而电网电压扰动是影响其补偿效果的关键因素。本文阐述了应用于DVR的基于离散状态空间的控制策略的原理,并按照能控标准型建立了包括PI+离散全状态反馈在内的闭环模型,以及借助闭环模型理清了负载电压与电网电压、负载电流的耦合关系,并获得了各自的前馈解耦通道。包含PI调节器的离散状态反馈控制用于阻尼LC谐振尖峰,增大控制带宽和提高稳定性,并通过前馈解耦的方法抑制电网电压和负载电流扰动,增强暂态性能。该控制策略的参数较多,虽然利用直接极点配置法设计控制器参数比较简便,但是无法直观地了解参数设计与控制性能的关系,尤其是PI零点及其阻尼极点的位置较为依赖经验。因此,本文提出了一种基于虚拟电阻法的参数设计方法,利用全状态反馈使得滤波电感上串联一个阻值可调的虚拟电阻。根据稳态误差、相位裕度以及w域中的劳斯稳定判据的要求,得到PI参数和虚拟电阻阻值的取值区间,从中选取出合适的控制器参数。该参数设计方法将控制器参数从5个等效减少为3个,简化了设计过程,同时更加利于分析系统性能。
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【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM761.12

【参考文献】