动态电压恢复器的设计和仿真

文/衡蜓

动态电压恢复器的设计和仿真

文/衡蜓

本设计建立了动态电压恢复器的数学模型，深入研究动态电压恢复器控制技术的主要部分逆变器，在此基础上提出了滞后电压控制技术基础上的单极和双极脉宽调制（PWM）。分析表明，提出的单级脉宽调制（PWM)在电压骤降和电压膨胀状态下能更好的改善负载电压质量，提高整个动态电压恢复器系统的动态性能，较双极脉宽调制策略优势十分明显。通过MATLAB仿真实验，对总谐波失真曲线的分析验证了以上所有结果。

动态电压恢复器 脉宽调制 谐波

1 动态电压恢复器电路的组成

DVR是现代新型电力电子补偿设备，通过串联在电源与用电设备之间发挥作用，他利用其良好的动态性能，在遇到系统电压骤降和膨胀等无法避免的故障时，装置能在极短时间内做出反应，将问题电压恢复到原来水平。动态电压恢复器结构运行原理图，如图1所示。该动态电压恢复器实验电路主要由一个三相电压转换器（VSC），一个耦合变压器，一个无源滤波器，一个单相全桥逆变器和控制系统几部分构成，以维持稳定系统输出电压。

2 动态电压恢复器硬件设计

本文基于迟滞电压控制作用于负载电压开关的改善，同时确定逆变器门。滞后电压的产生是由两部分构成，一是错误信号间的注射电压（Vinj）,二是磁盘录像机的的参考电压（Vref）,二者相互结合共同产生控制信号。在此基础上根据参考电压之间的差别，分析参考电压和逆变器的电压达到上下限时，电压的减少增加情况。

HB和FC分别代表着迟滞带和开关频率。开关频率有一个重要的作用就是区分VH和V（HB=VH-VL）。在本设计中是以是滞后电压为研究基础的，和其他的PWM方法比，这种方法响应快，控制简单，可以进行变频操作。是单相全桥逆变器，该逆变器可控制在单极工作模式或双极工作模式。在这种方案中，迟滞带（HB1）和操纵开关对（S1, S4 or S2, S3）共同作用产生正向电压（+Vdc）和负向电压（-Vdc），配合作用在逆变器输出端发出直流信号。在此实验里，负载电压的操纵是通过四个电压带控制的开关状态来实现的。第一个上下带（HB1）用来确定输出电流(+Vdc or 0)或(-Vdc or 0)之间的状态.第二个上下带（HB2）用来打破目前状态形成新的输出电流。为了使单双极拥有相同的参考电压（HB），可以通过专用设备来控制。

3 软件分析

本文提出了几种控制技术，包括缺损电压补偿技术，预凹陷补偿技术，在相补偿技术，能源优化技术。动态电压恢复器控制系统主要由以下几个阶段构成，按顺序分别为：

（1）检测起点电压，形成补偿基准。

（2）检测终点电压确定补偿额度。

（3）注射补偿电压。

（4）补偿后检测确定补偿是否成功。

在此论述了上述三种电压弥补方法，监测了以下几种数据：

（1）Vd用于返回的电压幅度大小。

（2）相位的负载电压幅度大小。

（3）相位参考负载电压大小。

滞后电压控制系统，是将一个三相电源和转换模块相连接。从而形成旋转帧和锁定回路（PLL）。三相电压转化完成后对故障电压（骤降/膨胀）进行检测。如不论是哪种电压上述故障发生，此模块会生成负载参考电压。凹陷检测策略是基于根表示正方形（有效值）的错误向量。负载电压的反馈电压通过闭环的方式流入框架内，他的作用是最大限度的降低基本的稳态误差。注入的电压同时也会根据不同的负载产生不同的参考电压和供电电压。之后将其应用到实验和仿真，达到迟滞电压控制的目的。

3 仿真结果与讨论

我们利用MATLAB来进行本实验的仿真，得出我们想要的结论。DVR在迟滞电压控制基础上对负载电压进行弥补。我们有两种不同的试验方案来进行实验。在实验1中，模拟了电压骤降现象，得出了各个阶段的波形图，分析得出了结论。在实验2中，模拟了电压膨胀现象，得出了各个阶段的波形图，分析得出了结论。

图1：动态电压恢复器结构运行图

图2：运行动态电压恢复器的结构

这表明，在这两种情况下，滞后电压THD运行单极开关比双极少。可以看出，使用HB1的仍不足总谐波失真标准。可以明确的说，迟滞电压运行的单极开关比双极开关有效更有效率。

[1]张卫华.联多电平动态电压调节器（DVR）系统设计与仿真研究[D].华北电力大学,2005.

[2]王阳,基于单周控制的新型串并联混合型滤波器的研究[D],辽宁工程技术大学,2009.

[3]石游,基于谐振控制器的带谐波补偿功能的动态电压恢复器的研究[D],四川大学,2006.

[4]Su Yuxin,DuanBaoyan.The Application of the Steward Platform in Large Spherical Radio Telescopes. Journal of Robotic Systems,2000.177.17(07)：3755-383.

作者单位 山西农业大学信息学院 山西省太谷县030800

衡蜓（1985-），女，山西省临汾市人。现为山西农业大学信息学院教师。研究方向为自动化。