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中频动态电压恢复器关键技术研究

刘海春  
【摘要】:机场或舰船在对飞机进行地面维护时需要提供400Hz、115V的三相交流电源,即航空地面电源,而目前的直线加电方式的供电电压难以满足相关技术要求。动态电压恢复器(Dynamic voltagerestorer, DVR)在应对电压异常波动、改善电能质量等方面具有突出的优点。本文研究DVR应用于中频电力系统的关键技术,探索提高机场直线加电系统电能质量的新途径。 较之于工频电网,中频电力系统具有电压频率较高、电源内阻抗较大且电压受负载影响较大等特点,因此中频DVR的研究具有一定的特殊性。本文在对现有的飞机供电保障方案进行分析的基础上,提出采用DVR以保障飞机地面电源供电质量。 本文的研究工作主要包括以下几个方面: 1.对机场地面电源的供配电方式进行了分析研究,指出直线加电以其供电稳定、经济、环保等优点必将成为未来机场地面电源的主要供电方式。阐述了在直线加电系统中采用DVR以稳定负载电压的技术可行性及优点。 2.对中频DVR的整体技术方案进行全面的研究论证,给出了系统总体结构图。通过对三相四线功率电路拓扑的比较,选择单相全桥电路作为中频DVR的功率电路。为简化系统控制,提出了一种单向馈能的电路方案,从而使DVR始终处于有功补偿的状态,避免了能量倒灌引起的电容电压泵升问题。采用十八脉冲不控整流电路作为DVR的能量提取电路,可实现DVR的不间断补偿,控制简单,同时更低限度地减少对电网电流的谐波污染。分析了整流电路在不同连接点处DVR所对应的电压补偿能力,给出了直流侧电容容量的计算依据。对LC滤波器、降压变压器、串联变压器及功率电路的设计及参数选取进行了研究。 3.对DVR电压检测技术进行了深入的研究。为获得准确的电压补偿信号,优化DVR补偿性能,必须对电网电压中的基波分量及其特征值进行相应的检测。首先对现有的电压检测方法进行了分析,在此基础上提出了一种基于周期相位的电压跌落检测方法,该方法实现简单,可以准确实时地对电压幅值跌落及相位跳变进行检测,并判断出电压跌落的起止时间,从而较好地满足中频DVR动态响应快的要求。为提取出电压中的基波分量,提出了一种基于二阶串联谐振滤波器的基波电压检测方法,该方法运算量小,可快速地检测出畸变电压中的基波分量。 4.对中频DVR系统的控制方法进行了分析研究。建立了中频DVR的电路模型,以及负载电压有效值闭环控制的控制模型,并对现有的电压控制方法进行了分析比较。通过理论分析和仿真,得出在中频DVR中应用电压有效值控制方法的可行性。对DVR电压补偿策略进行了分析研究,建立了最小能量补偿策略的数学模型。考虑到中频电源电压频率较高且波动较大,容易导致锁相误差,提出了一种基于比例积分(PI)控制的过零锁相方法。对DVR的电压补偿过程进行了分析研究,将该过程分为静态补偿和动态补偿两个阶段,指出电压检测延时和开关周期是影响DVR电压补偿特性的两个关键因素,提出了一种基于相位补偿的电压补偿方案,可实现无延迟的电压补偿。 5.在理论分析和仿真研究的基础上,研制了中频DVR样机,针对电网电压的波动及不同负载工况进行了实验测试,取得了一系列的实验结果,并在实际工程项目中进行了应用,进一步验证了DVR应用于中频电力系统的可行性及正确性,丰富了DVR的技术理论,拓展了DVR的实践应用领域。


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