- 頭條適用于動態電壓恢復器的最小能量柔性切換控制策略2020-07-13 作者：涂春鳴、孫勇、郭祺、姜飛、張麗 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語國家電能變換與控制工程技術研究中心（湖南大學）、長沙理工大學電氣與信息工程學院的研究人員涂春鳴、孫勇、郭祺、姜飛、張麗，在2019年第14期《電工技術學報》上撰文指出，動態電壓恢復器（DVR）采用最小能量補償策略可有效減少其有功輸出，增大補償時間。考慮到系統電壓跌落往往伴隨著相角跳變，以及傳統最小能量補償在電網電壓跌落和恢復時也會造成負載電壓相角偏移，進而影響敏感負荷的安全運行，提出一種最小能量柔性切換控制策略。 該控制策略可保證DVR有效減少有功輸出的同時，在電網電壓跌落時平滑進入最小能量補償，而在電網電壓恢復時又可平滑退出最小能量補償，DVR輸出電壓相角在整個補償過程中做到平滑過渡，由此可解決負載電壓的相角跳變問題。此外，考慮到了DVR輸出電壓約束時的情形，通過對DVR參考電壓的動態調節，使其在補償的各個時期都不超過DVR輸出的極限水平。實驗和仿真結果驗證了理論分析的正確性。
近年來，可再生能源（如風能、太陽能等）和敏感負荷（如精密儀器、變頻器及計算機等）的大量使用，使得電能質量問題越來越突出，其中電壓跌落已成為影響電力負荷穩定運行最突出的問題之一。動態電壓恢復器（Dynamic Voltage Restorer, DVR）串聯在系統與敏感負荷之間，能解決電壓跌落、閃變、不對稱等多種電能質量問題，成為保證敏感設備正常工作的有效電力設備。
DVR補償的基本方式有同相補償、完全補償及最小能量補償。由于可減少DVR與系統的有功交換，增大其補償時間，最小能量補償成為學者研究的重點。
- 有學者介紹了最小能量補償的基本原理及控制方法。
- 有學者對最小能量補償策略進行改進，進一步減少了能量損耗，延長了補償時間。
- 有學者提出了一種基于負荷電壓的最小能量控制策略，以解決負荷不平衡時的工況。
深入研究發現，系統電壓跌落以及DVR采用傳統最小能量補償時，在電網故障和恢復時刻都會對負載電壓產生一定的相角跳變，這樣的角度突變可能會導致負載電壓波形不連續，不準確過零點，不利于晶閘管、電動機等相位敏感類負荷的安全穩定運行。
- 為解決該問題，有學者分析了電網電壓幅值及相位跳變角，并通過限幅的方式來保證負荷電壓的相位變化在可承受范圍之內。
- 有學者采用相角過渡的補償方式對最小能量補償進行了優化，通過多步旋轉補償電壓來解決負載電壓的相角跳變問題，但文中未對其旋轉變化過程進行詳細的分析，并未給出相應的量化關系。
- 有學者仍采用多步旋轉補償電壓的方式解決相角跳變問題，并給出了具體的角度過渡過程。
然而，上述研究都未考慮電網電壓恢復時刻的相角突變問題。
有學者通過對DVR拓撲進行改進，將其與晶閘管投切電抗器結合，通過控制電抗器的補償電流以實現DVR注入有功為零，并以跌落前的負載電壓作參考，從而保證電網故障前后負荷端電壓都無相位變化，但該結構增加了成本。
此外，當電網電壓發生較大程度的跌落時，DVR進行最小能量補償所需要的輸出電壓幅值較大，而DVR輸出電壓水平應有一定的極限，以上研究也都未對其給予相應的重視。而有的學者雖然考慮到了最小能量補償極限問題，但并未考慮故障前后相角跳變的問題。
綜合以上在電網電壓跌落和恢復時刻負載電壓有相角跳變的問題，以及DVR在電網電壓深度跌落時輸出補償電壓能力有限的情形。本文在現有文獻的研究基礎上，提出了一種適用于DVR的最小能量柔性切換控制策略。該控制策略可保證DVR實現最小能量補償的同時，在故障全過程中負載電壓得到平滑過渡。此外，詳細考慮了最小能量補償方式下DVR輸出電壓達到極限時的情況，通過對參考電壓的動態調節，使得該柔性切換策略下的DVR輸出電壓在極限水平之內。仿真和實驗驗證了理論分析的正確性及所提控制策略的有效性。
圖22 RT-LAB硬件在環實驗平臺
總結
本文針對系統電壓跌落時負載電壓的相角跳變問題，提出了最小能量柔性切換補償策略，得到了如下結論：
- 1）通過柔性切換過程，可保證DVR平滑進入和平滑退出最小能量補償，從而保證負載電壓相角變化率滿足負荷需求，并有效減少DVR有功輸出。
- 2）通過動態調節參考電壓，可保證DVR輸出電壓在補償全過程中不超越極限值。
- 3）故障期間，電網電壓發生相角跳變時，本文所提控制策略仍能保證負載電壓的平滑過渡。
該柔性切換控制策略同樣適用于靜止同步串聯補償器和統一潮流控制器等結構的電力電子裝置，具有一定工程意義與價值。
