变流负荷供电线路电压暂降的治理研究
来源： 作者： 发布时间：2015-03-14 11:21:00 浏览量：2 三相四线制DVR主电路设计
2．1 供电线路现状
(1)拉丝生产工艺线供电线路为三相四线制。额定电压为AC 380 V(相电压为220 V)，一旦发生非对称电压暂降，存在负序和零序电压。
(2)敏感负荷由8台5．5 kW变频电机组成，额定功率约44 kW。
2．2 DVR主电路设计
(1)补一体成型电感器偿结构。采用以3个单相桥为基础的分相补偿结构，分相控制，3组逆变单元相工字电感器互独立，互不影响，其中一相出现问题另外两相仍可继续运行。
(2)变流单元。直流单元由全桥不可控整流桥和滤波器组成，得到直流电压约为335 V。逆变器选用西门子IGBT模块作为开关组件构成电压型逆变电路。考虑谐波或电流畸变，峰值电压为1 200 V。
(3)耦合方式。DVR与供电线路的耦合方式采用串联升压变压器耦合，可将逆变器与电网相隔离，采用升压变压器的目的是降低逆变器直流侧电压等级，提高装置的可靠性。
(4)输出侧滤波器。在DVR装置中，为消除串联变压器耦合方式可能出现的高次谐波，加装了LC滤波器。
(5)储能单元。DVR储能单元采用接在供电线路(网侧)处的不可控整流电路。这种接法的优点是：可为DVR连续提供能量，补偿的持续时间较长，谐波电压较少(和挂在负载侧相比)，同时降低了储能单元的成本。
2．3 DVR主电路结构
DVR主电路结构如图2所示。
2．4 电路参数设定
根据拉丝生产线敏感负荷的功率(44 kW)及电压跌落对变频换流的影响，DVR电路的主要设计参数定为：
(1)DVR输出条件：当供电电压出现暂变(跌落或上升)至0．9 p．u时，DVR开始对供电线路进行电压补偿，即△U％=90％；
(2)补偿负载能力：为留有余量，敏感负荷的功率取S1=1．5×44=66 kW。当供电线路电压降至0．5 p．u时，DVR的补偿电压u2可达110 V以上。
(3)耦合变压器初级(变流器侧)与次级(电网侧)的电压比：Ku=0．5(Ku<1)；
(4)初级电流、电压分别为iDVR和uDVR，次级电流电压为i2和u2。
(5)DVR系统容量SDVR可按以下关系确定：
逆变器的开关组件选用西门子产的IGBT模块(BSM150G120DN2)，即150 A，1 200 V。电流有效值为40～50 A，峰值在110A左右。
(6)变流器交流侧电压ui根据式(3)的估算约为200～250V；
为避免磁饱和现象，设计变压器时将电压裕量留足。
(9)滤波电路参数：滤波电路参数对变压器初、次级的等效阻抗影响较大，在保证满足滤波条件的前提下，以尽量不加大变压器次级的等效阻抗为原则。
3 DVR控制
在DVR主电路设计中较充分地考虑了敏感负荷相对电压跌落时的电一体成型电感压幅值的最小允许值(本装置为额定电压的90％)、电压相位跳变能承受的最大允许值、直流储能系统的容量以及最大能输出的电压。如何快速准确地从含有扰动的电压信号中检测出电压暂降的特征量以及电压基波分量是DVR控制单元应解决磁芯电感器的问题。
3．1 电压暂降的检测
根据国外对DVR控制理论的研究，在常规的dq变换检测算法的基础上，针对单相电压暂变的特点，以单相瞬时电压作为静止坐标系α轴分量，构造出超前90°的β轴分量，通过dq变换检测单相电压暂降特征量。当供电线路发生单相电压暂降时，首先由发生电压暂降相的电压经求导计算构造出另外两相虚拟的电压，再进行dq检测，瞬时分离出dq坐标下的直流分量，从而缩短了控制单元的响应时间，这恰好是DVR所需要的。
3．2 最小能量补偿
DVR输出补偿电压的最大值和储能单元的容量是决定DVR装置成本的主要指标。为减小DVR与系统的有功交换以降低成本，该设计在控制DVR输出补偿电压时采用了最小能量补偿法。
式中：u2是DVR输出的补偿电压；IL是负荷电流；α是DVR补偿输出的功率因数角。为减小DVR的有功输出，在输出电压u2一定的情况下，可通过增加DVR补偿输出的功率因数角α来实现。即采用一个相位适当超前网侧电压的电压注入系统，通过增加电网无功功率，降低DVR的功率因数，减少了DVR与系统的有功交换，从而可以获得更长的补偿时间和范围，降低DVR装置的制造成本。
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