应用于配电系统的动态电压恢复器的研究
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摘要
随着科学技术及社会文明的不断进步和发展，尤其是以信息技术为先导的知识经济的到来，人们越来越多的使用了对电能质量十分敏感的以计算机和微处理机等为核心的自动化生产设备，这就对电能质量提出了更高的要求。然而，随着电网中冲击性、非线性负荷的不断增加，导致电网电压波形发生畸变、波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题却越来越严重。因此，对电能质量问题的改善就显得尤为迫切了。
用户电力技术(Custom Power)是基于现代电力电子技术、旨在改善配电网电能质量和提高供电可靠性的前沿课题。其目的是通过系统的方法，将配电系统改造成无电压波动、无不对称以及无谐波的实时控制的柔性化配电网，以满足电力负荷对供电质量和供电可靠性日益提高的需求。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer—DVR)是Custom Power家族的一个重要成员，它可以补偿电压的跌落、突升以及谐波，具有高性价比的优点。因此，对DVR进行研究是十分有必要的。
本文首先对DVR的主电路进行了讨论，再此基础上，对DVR的电压检测方法、电压补偿策略以及控制策略进行了研究。DVR的检测方法与谐波、无功电流的检测不同，不但需要检测出除基波分量之外的总畸变分量，还要检测出基波分量与基波基准值之差。本文对基于瞬时无功功率理论的谐波电压瞬时检测方法进行了改进，提出了适应DVR的电压检测方法。在分析了各种补偿策略的基础上提出优化补偿策略，这种方法兼顾了DVR的电压补偿能力和能量补偿能力两个方面，因此更具有实用价值。针对传统开环控制方式的不足，分析了电压环控制策略。
仿真结果表明，本文采用的电压补偿策略、检测方法和控制策略是正确、有效的。随着技术的成熟和成本的降低，DVR必将在配电网中得到广泛的应用。
With the development of science and technology and social civilization, especially the coming of knowledge economy precursed by information technology, more and more automation production assemblies which have the computers and microprocessors as the core and are sensitive to power quality are used, higher requirements are put forward to power quality. Moreover, owing to rapid use of large numbers of nonlinear or impactive loads in power system, many power quality problems will be caused, such as voltage sag, swell, unsymmetry, flicker, fluctuation, harmonic and so on. Therefore, the betterment of power quality is utterly urgent.
The application of Custom Power is quite promising in distributed systems. It becomes one of the research emphases in recent years. Its objective is to reconstruct distribution system into real time controlled and flexible one, which has no flickers, no asymmetry, and no harmonics. Dynamic Voltage Restorer (DVR) is an important member of Custom Power family. It can compensate voltage harmonic, fliker, sag, swell, unbalance, and has the advantage of high performance/price, so it is necessary to investigate the theory and operation of DVR.
Firstly the main circuit of DVR is discussed in this paper, on the basis of which voltage detecting method, voltage compensation strategy and control
mode are studied
Based on the analysis of several compensation strategies, optimal compensation strategy is proposed which considers both voltage compensation capacity and energy compensation capacity of DVR, so it is more practical. The detecting method of DVR is different from harmonic and reactive current detecting methods. It need detect not only total harmonic distortion but also the difference between fundamental wave component and reference value. An DVR voltage detecting method is brought forward, which is improved from harmonic voltage instantaneous detecting method based on general instantaneous reactive power theory. Arming at the shortages of traditional control mode, voltage loop control strategy is analyzed
The simulation conclusion indicates that voltage compensation strategy, detecting method and control mode are correct and effective. Along with the mature of the technology and the decrease of the cost, DVR will have broad application in distribution system.
用户电力技术(Custom Power)是基于现代电力电子技术、旨在改善配电网电能质量和提高供电可靠性的前沿课题。其目的是通过系统的方法，将配电系统改造成无电压波动、无不对称以及无谐波的实时控制的柔性化配电网，以满足电力负荷对供电质量和供电可靠性日益提高的需求。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer—DVR)是Custom Power家族的一个重要成员，它可以补偿电压的跌落、突升以及谐波，具有高性价比的优点。因此，对DVR进行研究是十分有必要的。
本文首先对DVR的主电路进行了讨论，再此基础上，对DVR的电压检测方法、电压补偿策略以及控制策略进行了研究。DVR的检测方法与谐波、无功电流的检测不同，不但需要检测出除基波分量之外的总畸变分量，还要检测出基波分量与基波基准值之差。本文对基于瞬时无功功率理论的谐波电压瞬时检测方法进行了改进，提出了适应DVR的电压检测方法。在分析了各种补偿策略的基础上提出优化补偿策略，这种方法兼顾了DVR的电压补偿能力和能量补偿能力两个方面，因此更具有实用价值。针对传统开环控制方式的不足，分析了电压环控制策略。
仿真结果表明，本文采用的电压补偿策略、检测方法和控制策略是正确、有效的。随着技术的成熟和成本的降低，DVR必将在配电网中得到广泛的应用。
With the development of science and technology and social civilization, especially the coming of knowledge economy precursed by information technology, more and more automation production assemblies which have the computers and microprocessors as the core and are sensitive to power quality are used, higher requirements are put forward to power quality. Moreover, owing to rapid use of large numbers of nonlinear or impactive loads in power system, many power quality problems will be caused, such as voltage sag, swell, unsymmetry, flicker, fluctuation, harmonic and so on. Therefore, the betterment of power quality is utterly urgent.
The application of Custom Power is quite promising in distributed systems. It becomes one of the research emphases in recent years. Its objective is to reconstruct distribution system into real time controlled and flexible one, which has no flickers, no asymmetry, and no harmonics. Dynamic Voltage Restorer (DVR) is an important member of Custom Power family. It can compensate voltage harmonic, fliker, sag, swell, unbalance, and has the advantage of high performance/price, so it is necessary to investigate the theory and operation of DVR.
Firstly the main circuit of DVR is discussed in this paper, on the basis of which voltage detecting method, voltage compensation strategy and control
mode are studied
Based on the analysis of several compensation strategies, optimal compensation strategy is proposed which considers both voltage compensation capacity and energy compensation capacity of DVR, so it is more practical. The detecting method of DVR is different from harmonic and reactive current detecting methods. It need detect not only total harmonic distortion but also the difference between fundamental wave component and reference value. An DVR voltage detecting method is brought forward, which is improved from harmonic voltage instantaneous detecting method based on general instantaneous reactive power theory. Arming at the shortages of traditional control mode, voltage loop control strategy is analyzed
The simulation conclusion indicates that voltage compensation strategy, detecting method and control mode are correct and effective. Along with the mature of the technology and the decrease of the cost, DVR will have broad application in distribution system.
引文
【1】Dugan R C, Megranghan M F, Benty H W. Electrical Power System Quality, NewYork: McGraw. Hill, 1996.
【2】马维新．电力系统电压．北京：中国电力出版社．
【3】陈警众．电能质量讲座(第2讲)．供用电，17(4)，2000：52～55．
【4】何人望，文灵华，邱万英．柔性交流输电系统与用户电力技术．华东交大学报，18(1)，2001：9～12．
【5】李晓露等．FACTS技术在配电系统中的应用．电力自动化设备，8(3)，1997：28～31．
【6】何大愚．用户电力技术及柔性交流输电技术．电网技术，19(12)，1995：59～63．
【7】韩英铎等．信息电力与FACTS及DFACTS技术．电力系统自动化，2000：1～7．
【8】Hinggorany. N.G. Introducing Custom Power. IEEE Spectrum, 32(6), 1995: 41～48.
【9】胡铭，陈珩．有源滤波技术及其应用．电力系统自动化，2000：66～70．
【10】Stephen W. Middlekauff, E. Randolph Collins. System and Customer Impact: Considerations for Series Custom Power Devices. IEEE Transaction on Power Delivery, 13 (1), 1997: 278～282.
【11】Zbigiew Wolanski, Boon Teck Ooi. Conceptual Study of a Shunt Power Quality Compensator, IEEE Tansaction on Power Delivery, 11(2), 1996: 1059～1064.
【12】D. Daniel Sabin. Quality Enhances Reliability, IEEE Spectrum,
1996：34～41．
【13】高亮，赵剑锋，蒋平．串联型电能质量补偿器及其在配电网中的应用．电力需求管理，3(2)，2001：39～41
【14】肖遥，李澍森，开放竞争的电力市场与电能质量，华中电力，14(5)，2001：61～64．
【15】林雪海．现代电能质量的基本问题．电网技术，25(10)，2001：5～12．
【16】黄华．现代电能质量的新问题及其应对策略．华东电力，2002：1～3．
【17】时丽君，赵建国．有源电力滤波器在电能质量控制中的应用．电力系统及其自动化学报，14(1)，2002：67～71．
【18】陈治业，尹华丽，李鹏．电能质量及其治理新技术．电网技术，26(7)，2000：67～70．
【19】尹华丽．动态电压恢复器有关问题的研究与仿真．华北电力大学，2000．
【20】胡铭，陈珩．用户电力技术在配电系统的应用．电力自动化设备，19(6)，1999：24～26．
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【22】Annabell Van Zyl, John H.R. Enslin. Converter-Based Solution to Power Qarlity Problems on Radial Distrabution Lines. IEEE Transaction on Industry Application, 32(6), 1996:1323～1330.
【23】Robert S. Weissbach. A Combined Uninterruptible Power Supply and Dynamic Voltage Compensator Using a Flywheel Energy
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【24】Stephen D. Feak. Superconducting Magnatic Energy Storage(SMES) Utility Application Studies. IEEE Transaction on Power System, 12(3), 1997: 1094～1101.
【25】赵剑锋，蒋平，唐国庆．基于电压型逆变器的连续运行的动态电压恢复器(UDVR)的研究．电工技术学报，13(7)，2002：88～92．
【26】赵剑锋等．配电系统电能质量补偿装置主电路的研究．电网技术，24(7)，2000：44～48．
【27】唐志，杨潮，马维新．串联型电能质量补偿器主电路设计方案．电力系统自动化，26(19)，2002：32～35．
【28】王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2000．
【29】陈坚，电力电子学——电力电子变换和控制技术．高等教育出版社，2001
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【32】肖湘宁，徐永海，刘连光．供电系统电能质量．北京：华北电力大学．
【33】姚为正等．基于瞬时无功功率理论的谐波电压瞬时检测方法．西安交通大学学报，32(12)，1998：8～11
【34】林新春等．USP中基于DSP的峰值电压检测方法．电力电子技术，35(3)，2001：59～61．
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【36】丁洪发，段献忠，何仰赞．一种用于不对称配电系统的新型动态电压恢复器．中国电机工程学报，20(11)，2000：46～50．
【37】谢旭等．动态电压恢复器的补偿特性与控制目标．电力系统自动化，2002：41～44年4月25日
【38】杨潮等．动态电压调节器串联补偿电压研究．电力自动化设备，21(5)，2001：1～5．
【39】Mahinda Vilathgamuwa, Performance Improvement of the Dynamic Voltage Restorer With Closed-Loop Load Voltage and Current-Mode Control. IEEE Transactions on Power Electronics, 17(5), 2002: 824～234
【40】黄瀚等．配电网动态电压调节器控制策略的研究．电网技术，26(1)，2002：1～4．
【41】Rahim M.A. etal, Analysis and design of A Multiple Feed-back Loop Control Strategy for Single-phase Voltage-Source UPS inverters. IEEE Transactions on Power Electronics, 11(4) 1996, 11(4): 532～541
【42】张凯，康勇，熊健，陈坚．基于状态反馈控制和重复控制的逆变电源研究．电力电子技术．2000(5)：9～11．
【43】高军，赵向，华杨旭，王兆安．正弦波逆变器电压微分反馈控制策略的研究．电力电子技术2000(5)：12～14．
【44】陈志业，李鹏．电能质量研究——电压暂降及其治理．华北电力大学学报，2002．
【45】赵剑锋．基于电压型逆变器的连续运行的动态电压恢复器(UDVR)的研究．东南大学，2001．
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