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动态电压恢复器的关键技术研究

谭俊  
【摘要】:动态电压恢复器(DVR)是设计用于保护敏感负载免受电压跌落的影响的装置。DVR在保护敏感负载的装置中性价比很高,它能有效的补偿电压跌落并且它的造价要比UPS等其它保护装置低廉,这是DVR系统能广泛应用于电力系统中的原因。但是由于DVR系统中的直流储能装置和串联耦合变压器的成本十分高昂,这使得DVR系统的造价仍然较高。本文的目的在于提出新的控制方式,通过有效的利用直流母线中的储能和消除变压器中的直流磁链的方式来减小储能元件的容量和变压器的体积从而达到减小DVR系统成本的目的。在新的控制方式下,DVR系统的直流储能的容量与串联变压器的铁心可以设计得更小从而使DVR系统的经济性更好。 DVR系统对于较长时间的电压跌落的补偿能力很大程度上取决于DVR系统储能元件的容量,储能元件一般为超级电容,其价格十分高。为了减小DVR系统的成本,目前提出了很多策略来更好地利用直流母线中的储能。但是这些传统的电压补偿策略有的只是减小了负载电压的畸变,有的只是DVR输出较小的补偿电压可使直流母线可以释放出更多的能量,都的只是用最小的有功功率来补偿电压跌落。本文提出了一种新的优化电压补偿策略,该策略结合了传统策略的优点并且避免了它们的缺点。该策略通过一个10kVA的DVR系统实验验证,能够有效地延长电压补偿时间并且对负载电压造成的畸变很小。换句话说,在同样的负载条件下,应用该补偿策略可以使DVR系统中的储能元件的容量设计得更小。本文提出的优化补偿策略可以同时适用于对称电压跌落与不对称电压跌落。本文将针对传统的电压补偿策略进行分析与比较,然后本文会提出一种新的优化补偿策略并进行理论分析,最后通过实验验证该策略的有效性。 DVR系统中的串联变压器存在着变压器饱和的问题。变压器的饱和会导致DVR系统损坏同时会中断电压补偿过程。为了防止变压器饱和产生励磁涌流,一般的DVR系统会将变压器的铁心设计成额定值的两倍,这样将导致变压器的体积与成本都十分大。现存的抑制励磁涌流的策略在对恶劣的情况下会使DVR的补偿等待时间达到10ms,对负载电压的影响较大。本文提出了一种新的直流磁链消除方法,该方法可以在3.3ms内有效的消除变压器中的直流磁链从而防止励磁涌流的发生。本文对该直流磁链消除方式进行了理论分析并通过在一个10kVA的DVR系统上进行实验验证了该方法的有效性。 本文所提出优化补偿策略和直流磁链消除方法可以有效的利用储能元件中的储能并能有效抑制励磁涌流。因此,DVR系统中储能元件的容量和变压器的体积都可减小,从而降低了DVR系统的成本。同时,本文提出的控制策略对负载电压造成的影响很小,因此可以应用于敏感负载的场合。


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