[发明专利]一种无串联变压器型动态电压恢复器复合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于复合控制策略的无串联变压器型动态电压恢复器控制方法，属于暂态电能质量扰动信号分析领域，特别适合配电网中出现电压暂降扰动的检测与补偿控制。

背景技术

上世纪八十年代以来，一些新型电力电子负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的问题。电能质量诸多问题中，尤以电压暂降扰动造成的危害最为普遍。统计表明，大型电力用户，幅度超过20％的电压暂降年发生率在10-20次左右，像机场、银行、精密电子元器件制造业、计算机网络和服务监控中心等重要场合，每次由电压暂降造成的经济损失达数十万至数百万元之多。可见，减少或减缓暂态电压扰动的发生及其造成的危害是提高供电质量的重要内容。

无串联变压器型动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是一种电压源型电力电子补偿装置，串接于电源和重要负荷之间。它具有很好的动态性能，当发生电压暂降时，能在很短的时间(几个毫秒)内将故障处电压恢复到正常值，所以它是解决电压暂降等短时电压扰动问题最有效的手段。相比于通过变压器接入电网中的DVR装置而言，无串联变压器型DVR装置不需要通过变压器也能输出多种电平，补偿系统所需的不同电压等级，可以避免因串联变压器而带来的电压相位跳变、高次谐波污染、激磁涌流等问题，降低DVR装置的成本和占地面积，所以应用前景非常广阔。

但由于对无串联变压器型DVR装置开展的研究起步较晚，目前投入运行的DVR装置大多数容量较小且在工作时向系统注入的补偿电压等级有限；另一方面，虽然无串联变压器型DVR装置可以避免因串联变压器而给系统带来的电压相位跳变、高次谐波污染、激磁涌流等问题，但实际电力系统中含有大量的非线性负载，负载电流在50Hz等低频段对DVR装置输出电压的影响较小，但随着频率的进一步增大，负载电流中的谐波部分会传递到输出电压上，经过补偿后的负载侧电压也因此含有大量的谐波成分，当负载谐波电流含量较大时，DVR装置的补偿工作将受到严重的影响甚至无法持续的进行工作。

针对无串联变压器型DVR装置容量小且在工作时无法补偿系统所需的不同电压等级等缺陷，有学者将多电平技术应用到DVR装置中的逆变单元。多电平逆变器通过对传统两电平逆变器拓扑结构的改进以实现多个电平数的输出，提升了低压器件在高压、大容量系统中的应用。另一方面，为了提高DVR装置逆变单元对谐波电压的补偿能力，最大程度地限制非线性负载对系统电压的影响，国内外相关研究人员在DVR装置采用的控制策略方面做了大量的研究，虽然取得一定的成效，但在系统的稳定性、复杂程度、动态响应速度以及对谐波电压的补偿能力方面却无法进行有效地权衡。

发明内容

为了提高无串联变压器型DVR装置中多电平逆变器的运行性能，使得DVR装置在补偿负载电压的同时能够进一步改善系统电压的谐波特性，本发明提出一种基于比例积分(Proportional Integral,VPI)和改进比例谐振(Modified Proportional Resonant,MPR)双闭环控制器并联运行的单相正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)复合控制策略，用于无串联变压器型DVR装置中的逆变器，可实现对系统发生电压暂降故障时进行有效地检测与补偿控制。

本发明的技术方案是：

一种无串联变压器型动态电压恢复器复合控制方法，所述控制方法是基于比例积分(Proportional Integral,VPI)和改进比例谐振(Modified Proportional Resonant,MPR)双闭环控制器并联运行的单相正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)复合控制策略，用于设计无串联变压器型动态电压恢复器装置中的逆变器控制系统，可实现对系统发生电压暂降故障时进行有效地检测与补偿控制；

进一步，无串联变压器型动态电压恢复器复合控制方法的具体实现步骤如下：

步骤一：获取配电网系统中某一相(以A相为例)电压的幅值和相位，对发生电压暂降后的A电压进行检测分析，确定电压暂降信号的特征量；

步骤二：根据电压暂降信号的特征量计算出系统所需补偿的电压值，再通过补偿控制算法控制蓄电池放电，生成直流注入电压；

步骤三：将直流注入电压通过多电平逆变器的控制系统，逆变器的控制系统采用复合控制策略，从而可以有效地逆变产生交流电压补偿系统所需的电压值。