基于超导储能系统的不对称电压跌落补偿方法

引用本文

包广清, 毛振鹏. 基于超导储能系统的不对称电压跌落补偿方法. 2015, 45(4): 1234-1241
BAO Guang-qing, MAO Zhen-peng. Superconducting magnetic energy storage based dynamic voltage restoration strategy for unbalanced voltage sags. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2015, 45(4): 1234-1241 复制到剪切板

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基于超导储能系统的不对称电压跌落补偿方法

包广清¹, 毛振鹏²

1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院, 兰州 730050

2.国家电网三明供电公司, 福建三明 365000

作者简介:包广清(1972-),女,教授,博士生导师.研究方向:新能源发电,电能转换与控制.E-mail:baogq03@163.com

基金:国家自然科学基金项目(51267011); 甘肃省科技支撑计划项目(1011JKCA173); 甘肃省杰出青年基金项目(1111RJDA007)

摘要

提出了一种基于超导储能线圈的动态电压恢复器(DVR)系统,以解决电网故障导致的电压不平衡跌落对敏感负载的影响。在分析系统功率变换电路的组成及其工作原理的基础上,通过负载电压定向的电压矢量分析对DVR电压补偿域进行讨论,确定了在超导储能线圈容量限定条件下实现注入有功功率最小的控制策略。并通过仿真和实验研究,表明该DVR可以实现零能量补偿,且补偿后用户侧的电压和骤降前基本保持一致。

关键词: 电气工程; 动态电压恢复器; 超导储能; 电能质量; 电压跌落

中图分类号:TM4 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2015)04-1234-08

Superconducting magnetic energy storage based dynamic voltage restoration strategy for unbalanced voltage sags

BAO Guang-qing¹, MAO Zhen-peng²

1.Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

2.Sanming Power Supply Corporation of State Grid, Sanming 365000, China

Abstract

A dynamic voltage restorer(DVR) with superconducting magnetic energy storage (SMES) is presented in this paper, which protects sensitive loads from unbalanced grid voltage sags. Firstly, the schematic representation and general principles of the DVR are described. Then based on the load voltage oriented vector analysis, the voltage injection magnitude, load power swing and phase shift are discussed. In addition, a new concept of restoration techniques is put forward to inject minimum energy for DVR during compensation. Simulation analysis and experiment results of the DVR system, show that the proposed method could minimize the injection real power of DVR with given apparent power and the customer side voltage is restored effectively.

Keyword: electrical engineering; dynamic voltage restorer(DVR); superconducting magnetic energy storage(SMES); power quality; voltage sags

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0 引言

动态电压恢复器(Dynamic voltage restorers, DVR)是一种保证电网供电质量的电力电子设备, 主要用于补偿供电电网产生的电压跌落、闪变和谐波等。当电源电压畸变时, 通过在电源和敏感负载之间注入任意幅值和相位的电压, 达到稳定敏感负载电压的目的^{[1, 2]}。近年来随着DVR技术的发展, 为满足不同电力用户需求而提供不同质量电力供应的“ 定制” 电力技术已成为可能。

目前, DVR的研究目标是针对电压质量问题, 其中电压跌落是发生频率最高、影响最严重、造成经济损失最大的一类动态电能质量问题, 主要由单相或相间短路故障、雷击、系统故障和感应电动机启动、变压器励磁等原因造成^[3]。DVR的拓扑结构主要有并联型^[4]、串联型^[5]和串并联混合型^[6]等, 其直流储能方式包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能和超级电容器储能等, 甚至有的DVR无储能单元^[7]。DVR输出电压与负荷端电压的跌落深度、持续时间以及DVR储能单元容量和逆变器结构等因素有关, 相应的补偿策略主要有^{[8, 9, 10, 11]}:针对三相平衡系统的最小能量法, 可以实现DVR注入最小有功功率; 进相补偿法, 虽然减小了DVR注入电压幅值, 但总体注入功率较大; 电压向量补偿法, 虽然有效降低了对负荷的扰动作用, 但是需要DVR提供大量能量注入, 可能导致DVR输出电压超过极限。超导储能(Superconducting magnetic energy sorage system, SMES)是利用超导体电感线圈的零电阻特性, 在超导体内无损耗地储存电磁能, 并通过功率变换器与外部系统快速交换有功和无功功率, 具有功率大、重量轻、功耗低和反应快等特点, 尤其在储能应用方面引起了广泛关注^{[4, 10, 11]}。为了提高DVR在三相电压不平衡情况下的电压补偿性能, 本文提出一种基于SMES的DVR设计, 主电路采用串并联混合结构, 确定了使DVR注入有功功率最小的控制策略, 系统模拟实验测试结果验证了补偿方案的正确性, 为SMES在DVR的工程应用奠定实验基础。

1 系统结构与工作原理

基于超导体线圈储能的DVR系统拓扑结构如图1所示, 主要包括整流单元、超导储能系统、逆变单元、LC低通滤波和串联变压器五大部分。电源通过整流单元给超导线圈充电, 当系统检测到负荷端电网出现电压跌落故障时, 通过逆变单元向负载侧释放电能, 提供短时间电压补偿。同时, 考虑到变流装置会造成电网谐波污染, 因此DVR输出补偿电压必须经过低通滤波器滤除高次谐波。

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	图1 系统结构拓扑图Fig.1 DVR scheme with SMES

DVR的超导储能系统主要由图2所示的整流回路、充电回路、储能回路以及放电回路等环节构成。超导线圈的充电、储能和放电过程由同一组开关控制完成:在充电时, 开关管T和T₂开通, T₃和T₁关断, 系统通过与电网并联的整流单元对SMES充电; 当负载检测电压U_R小于其参考电压 $\begin{matrix} {\overset{}{U}}_{pre} \end{matrix}$ 时, SMES处于放电状态, 此时开关T₁、T₃开通, T、T₂关断。在放电过程中对稳压电容C_f进行恒压控制, 若C_f的电压大于恒压值时, T₁和T₂开通, T和T₃关断, 此时电流在超导线圈内形成环流, 从而使逆变单元的直流母线电压保持稳定。

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	图2 SMES电路原理图Fig.2 Schematic diagram of SMES circuit

2 负载不平衡时的电压补偿策略

2.1 负载电压相量分析法

目前已有相关方法能够较好地解决不对称负载引起的电网电压不平衡问题, 然而在三相负载不平衡条件下, 由于系统发生短路故障而造成电压跌落的问题并没有得到良好解决。如图3所示, 本文进行基于负载参考电压轴的三相负载电压相量分析, 在此基础上提出相应的电压补偿策略。

以故障前负载电压 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{preA} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{preB} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{preC} \end{matrix}$ 为三相静止电压参考轴, 各相幅值相等, 相位互差120° 。发生三相负载不平衡电压跌落后, 三相电压分别为 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{sagA} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{sagB} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{sagC} \end{matrix}$ , 假设经过DVR补偿后的三相负载电压分别为 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{refA} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{refB} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{refC} \end{matrix}$ , 三相跌落电压的相位变化关系为Δ ϕ _A≠ Δ ϕ _B≠ Δ ϕ _C。

图3以三相电压跌落前的负载参考电压幅值为半径, 该电压相量的始点O为圆心作大圆O。以各相跌落电压相量的终点Q、P和R为圆心, DVR电压补偿极限值U_injmax为半径, 分别作小圆Q、P和R。大圆与3个小圆分别相交于圆弧AB、CD和EF三段, 则这3个圆弧分别是各相负载参考电压的旋转轨迹。当发生电压跌落时, 若大圆O分别与3个小圆有两个交点, 则说明DVR可以将各相跌落电压补偿至负载额定电压幅值, 若无交点, 则说明DVR无法补偿电压跌落。本文假设各相的负载功率因数角θ _load_A、θ _load_B和θ _load_C保持不变, 就A相电压相量图来说, 以 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{preA} \end{matrix}$ 为A相参考轴并固定不变, 旋转 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{refA} \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{I}}_{A} \end{matrix}$ 至某一位置即可寻找最小能量输出角, 这与实际物理情况相符^{[12, 13]}。

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	图3 三相负载不平衡时电压跌落相量图Fig.3 Phasor diagram under unbalanced load

2.2 三相电压跌落补偿范围分析

在三相负载不平衡条件下电网发生电压跌落故障时, 各相以正常运行时的负载参考电压 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{pre} \end{matrix}$ 为参考轴, 将 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{pre} \end{matrix}$ 与电流 $\begin{matrix} \overset{\cdot}{I} \end{matrix}$ 同步旋转, 当 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{ref} \end{matrix}$ 旋转至某一位置时, DVR输出有功为最小。如图3所示, 3个小圆是DVR补偿极限圆, 圆O为负载参考电压的运动轨迹, 经过DVR补偿后的各相负载电压变化范围是3个小圆与大圆相交的部分, 且三相跌落电压补偿范围并不相同, 三相负载电压变化域的交集部分即为DVR的有效补偿范围。

在DVR的补偿过程中, 需要实时确定电压补偿量与DVR补偿能力之间的关系, 因此瞬时电压的幅值和相位跳变检测对实时补偿具有非常重要的意义。关于跌落电压的检测方法, 利用单相电压延迟60° 来构造虚拟三相电压^[13], 对虚拟三相电压进行d、q同步旋转变换, 求出d轴分量, 即跌落电压有效值 $\begin{matrix} {\overset{}{U}}_{saga} \end{matrix}$ 和相位跳变角Δ ϕ _A。如图4所示, 以A相U_a为参考, 并将其延迟60° 可得到-U_c, U_b=-U_a-U_c。由于三相参考电压坐标轴对称, 所以下文以A相电压为例可分别检测出跌落电压的有效值 $\begin{matrix} {\overset{}{U}}_{saga} \end{matrix}$ 和相位跳变角Δ ϕ _A, 同理可得B相和C相的跌落电压有效值 $\begin{matrix} {\overset{}{U}}_{sagb} \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} {\overset{}{U}}_{sagc} \end{matrix}$ 和相位跳变Δ ϕ _B、Δ ϕ _C。

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	图4 电压跌落检测原理图Fig.4 Function diagram of voltage sag detection

根据图3的A相电压相量图, 得到:

$\begin{matrix} ∠ AOQ = \arccos \frac{U_{prea}^{2} + U_{saga}^{2} - U_{inja}^{2}}{2 U_{prea} U_{saga}} (1) \end{matrix}$

式中:U_inj是DVR的输出电压极限值; U_pre_a、U_sag_a分别为A相负载参考电压和跌落电压的有效值, 且 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{preA} \end{matrix}$ 的变化范围是(Δ ϕ _A-∠AOQ, Δ ϕ _A+∠AOQ), 同理B、C两相参考电压的变化范围是(Δ ϕ _B-∠COP, Δ ϕ _B+∠COP)、(Δ ϕ _C-∠EOR, Δ ϕ _C+∠EOR)。因此三相负载参考电压变化范围的公共部分即角δ _A的变化范围是(δ ₁, δ ₂), 其中δ ₁取各相变化范围的最小值中的最大值, δ ₂取最大值中的最小值。

2.3 负荷端最小注入能量确定

为了在一定SMES储能容量的条件下, 扩大DVR的补偿范围, 并延长补偿时间, 最小能量补偿是较为理想的补偿方案。采用基于跌落前负载参考电压相量图法, 在补偿范围确定后, 由最小能量法求出补偿后的负载电压 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{ref} \end{matrix}$ , 并根据 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{ref} \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{sag} \end{matrix}$ 在不同情况下的相互位置来求出不同的最小能量输出角φ _out。

由图3可知, A相输出有功功率为:

$\begin{matrix} P_{A} = U_{refa} I_{a} \cos θ_{loadA} - U_{saga} I_{a} \cos (θ_{loadA} + Δ φ_{A} - δ_{A}) (2) \end{matrix}$

式中:U_ref_a是补偿后负载参考电压 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{refA} \end{matrix}$ 的有效值, 三相负载不平衡电压补偿后达到平衡, 则有:

$\begin{matrix} δ_{A} = δ_{B} = δ_{C} = δ (3) \end{matrix}$

此时, DVR对系统输出的有功功率总和为:

$\begin{matrix} \begin{matrix} P = P_{A} + P_{B} + P_{C} = \\ Z - \sqrt[]{X^{2} + Y^{2}} \sin (δ + arctanY / X) (4) \\ 其中 : \\ Z = U_{ref} I_{A} \cos θ_{loadA} + U_{ref} I_{B} \cos θ_{loadB} + \\ U_{ref} I_{C} \cos θ_{loadC} (5) \\ X = U_{sagA} I_{A} \sin (θ_{loadA} + Δ ϕ_{A}) + U_{sagB} I_{B} \sin (θ_{loadB} + \\ Δ ϕ_{B}) U_{sagC} I_{C} \sin (θ_{loadC} + Δ ϕ_{C}) (6) \\ Y = U_{sagA} I_{A} \cos (θ_{loadA} + Δ ϕ_{A}) + U_{sagB} I_{B} \cos (θ_{loadB} + \\ Δ ϕ_{B}) U_{sagC} I_{C} \cos (θ_{loadC} + Δ ϕ_{C}) (7) \end{matrix} \end{matrix}$

由式(5)可知, 当Z> $\begin{matrix} \sqrt[]{X^{2} + Y^{2}} \end{matrix}$ 时, P恒大于0, 则有:

$\begin{matrix} δ^{*} = π / 2 - arctanY / X (8) \end{matrix}$

因P是正弦函数, 当δ ^*∉(δ ₁, δ ₂)时, δ =P^-¹(min(P(δ ₁), P(δ ₂))); 当δ ^*∈ (δ ₁, δ ₂)时, 则δ =δ ^*。当Z≤ $\begin{matrix} \sqrt[]{X^{2} + Y^{2}} \end{matrix}$ 时, 若P=0, 则有:

$\begin{matrix} δ^{*} = \arcsin (Z / \sqrt[]{X^{2} + Y^{2}}) - \arctan (Y / X) (9) \end{matrix}$

当δ ^*∈ (δ ₁, δ ₂)时, 则δ =δ ^*; 当δ ^*∉(δ ₁, δ ₂)时, DVR输出的有功功率P大于0或小于0。当P恒大于0时, 则δ =P^-1(min(P(δ ₁), P(δ ₂))); 当P恒小于0时, 则δ =P^-1(max(P(δ ₁), P(δ ₂)))。

由上述几种情况可求出各相补偿电压 $\begin{matrix} {\overset{\cdot}{U}}_{inj} \end{matrix}$ =U_inj∠ϕ _out, 这里以A相为例, 其电压有效值是:

$\begin{matrix} U_{inja} = \sqrt[]{U_{ref}^{2} + U_{saga}^{2} - 2 U_{ref} U_{saga} \cos (δ - Δ φ_{A})} (10) \end{matrix}$

其电压相位角有以下4种情况:

(1)当δ > 0时, 若Δ ϕ _A< δ , 如图5(a)所示, 则有:

$\begin{matrix} φ_{outA} = δ + \arccos (\frac{U_{ref}^{2} + U_{inja}^{2} - U_{saga}^{2}}{2 U_{ref} U_{inja}}) (11) \end{matrix}$

(2)若Δ ϕ _A> δ , 如图5(b)所示, 则有:

$\begin{matrix} φ_{outA} = Δ ϕ_{A} - π + \arccos \frac{U_{saga}^{2} + U_{inja}^{2} - U_{ref}^{2}}{2 U_{saga} U_{inja}} (12) \end{matrix}$

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	图5 δ > 0时A相电压相量图Fig.5 Phasor diagram for sag compensation with δ > 0

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	图6 δ < 0时A相电压相量图Fig.6 Phasor diagram for sag compensation with δ < 0

(3)当δ < 0时, 若Δ ϕ _A< δ , 如图6(a)所示:

$\begin{matrix} φ_{outA} = π - | δ | - \arccos \frac{U_{inja}^{2} + U_{saga}^{2} - U_{ref}^{2}}{2 U_{saga} U_{inja}} (13) \end{matrix}$

(4)若Δ ϕ _A> δ , 如图6(b)所示, 则有:

φ _out_A=-|δ |+arccos $\begin{matrix} \frac{U_{inja}^{2} + U_{saga}^{2} - U_{saga}^{2}}{2 U_{refa} U_{inja}} \end{matrix}$ (14)

3 实验验证

本文采用MATLAB/Simulink软件针对系统发生三相不平衡故障进行电压跌落补偿的仿真分析, 并通过样机实验结果验证了基于超导储能的DVR拓扑结构和控制策略的有效性。

3.1 仿真分析

仿真系统结构框图如图7所示, 已知A相负载容量为3263 VA, 功率因数角为40° , B相负载容量为3090 VA, 功率因数角为36° , C相负载容量为3464 VA, 功率因数角为30° 。DVR的超导线圈电感值L=0.4 H, 充放电流值为100 A, 则储能容量为4.5 kJ, 电压补偿极限为150 V。如图8所示, 系统A、C两相发生短路故障时, 电压波形畸变, 出现电压跌落并伴随相位跳变, 故障后三相电压有效值分别为:U_sag_a=188.9 V, U_sag_b=219.01 V, U_sag_c=188 V, 各相电压相位发生跳变, 其跳变角如图9所示, 分别是Δ ϕ _A=-7.005° 、Δ ϕ _B=0° 、Δ ϕ _C=-6.85° 。

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	图7 DVR控制结构图Fig.7 Proposed control structure of DVR

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	图8 三相不平衡短路故障时的电压和电流波形Fig.8 Voltage and current waveforms with unbalanced grid fault

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	图9 不平衡短路故障时的三相电压相位跳变Fig.9 Phase jump of source voltage under unbalanced grid fault

如图10所示, DVR的公共补偿范围为-39.9° < δ < 35.3° , δ ₁=-39.9° , δ ₂=35.3° 。由式(9)得δ =4.87° 且δ ∈ (δ ₁, δ ₂), 同时求得Z=8115、X=4078.76、Y=6790。在0.03 s时电源发生电压跌落, 储能线圈开始放电, 其放电电流和滤波电容电压的变化过程如图11所示, 线圈的初始电流值是100 A, 经过约0.002 s后滤波电容电压达到额定值U_C=150 V, 相对超级电容等其他储能元件来说, 超导线圈储能密度更高、响应速度更快。

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	图10 三相不平衡电压跌落时的δ ₁和δ ₂取值Fig.10 Values of δ ₁ and δ ₂ with unbalanced three-phase voltage sag

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	图11 SMES充放电过程Fig.11 Charge and discharge process of SMES

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	图12 DVR各相补偿电压的有效值Fig.12 Injected voltage RMS value of DVR

如图12所示, DVR输出的三相补偿电压的有效值分别为U_inj_a=52 V、U_inj_b=19 V、U_inj_c=57.1 V。如图13所示, 三相补偿电压相对于负载参考电压相量的相位角分别为φ _out_a=54.4° 、φ _out_b=-25.7° 和φ _out_c=176.5° , DVR输出补偿电压波形如图14所示。补偿后的负载电压波形如图15所示, 虽然在补偿初期波形有轻微畸变, 但是在0.5~1个周期内恢复正常。如图16所示, DVR三相输出有功功率分别为P_A=11 W、P_B=-148 W、P_C=137 W, DVR输出的三相有功功率总和为0, 实现“ 零能量” 补偿, 使补偿后用户侧的电压和骤降前保持一致。

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	图13 三相补偿电压的相位角Fig.13 Injected voltage angle of DVR

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	图14 注入的三相补偿电压波形Fig.14 Injected voltage waveform of DVR

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	图15 补偿后的三相负载电压Fig.15 Load voltage after compensation

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	图16 DVR的零能量补偿结果验证Fig.16 Verification of zero energy mechanism employed in DVR

3.2 样机实验

动态电压补偿实验系统如图17所示, 受实验条件限制, 用大电感代替超导线圈进行实验, 并不影响对补偿策略有效性的验证。系统相电压有效值为220 V, 模拟系统阻抗X_S=1.5 mH, 逆变单元通过3个单相变压器串入系统(这里只画出一相), 变压器的变比设为1∶ 2(系统侧为1), 负载电阻R_L=15 Ω , 负载电感X_L=14 mH, 电感支路X_m=4.5 mH。正常运行时电感支路X_m不接入系统, 模拟电压跌落时, 将电感支路X_m进行短路, 如图18所示, 正常电压峰值为30 V(15 V/格), 当图18(a)中U_a、U_c两相电压凹陷到15 V即跌落深度达50%时, 通过补偿, 如图18(b)所示, 负载三相电压U_a、U_b、U_c的峰值基本恢复到30 V, U_d_c是逆变器直流侧电压, 负载侧电压的幅值和相位在故障前后一致。在本实验系统中, 虽然逆变器输出电压经过了低通滤波器, 但受滤波器性能或测量噪声等因素的综合影响, 补偿后的电压仍然存在一定谐波。

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	图17 DVR实验系统图Fig.17 Test system of DVR

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	图18 DVR实验波形Fig.18 Experiment waveform of DVR

4 结束语

提出一种基于超导储能线圈的DVR系统, 在负载参考电压定向的电压向量分析基础上, 采用最小能量注入的电压补偿策略, 通过使补偿器提供的有功功率最小化来实现电网提供有功功率最大化。仿真结果表明, 系统可以实现不平衡故障情况下三相电压的平衡补偿和DVR零有功功率输出的结果。当然, DVR输出的补偿电压受电压跌落深度、持续时间、负载特性、功率因数以及DVR本身容量等诸多因素的影响, 因此当电压降幅值过大或相角跳变过大时很难实现DVR零有功功率补偿。目前国内外相关研究主要考虑电压降落幅值的影响, 因此如何综合考虑以上诸多因素的共同作用, 提供定量计算DVR输出的补偿电压幅值和相角及其相应的最小能量补偿依据将是今后的工作重点。

The authors have declared that no competing interests exist.

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. 2009, 24(9):186-190

Research on VSI-based uninterrupted dynamic voltage restorer

基于电压型逆变器的可连续运行的动态电压恢复器(UDVR)的研究

Zhao Jian-feng , Jiang Ping , Tang Guo-qing.

赵剑锋, 蒋平, 唐国庆

Nanjing University of Aeronautics & Astronautics Nanjing 210016 China

Concept of period phase of voltage is put forward, which clears the phase of voltage as zero when it crosses zero with rising edge, and it counts the phase of voltage by accumulating mode at each sampling point. With detection method based on period phase, the phase and amplitude of voltage can be easily derived, and the voltage sag can also be judged exactly. For the detection of phase and amplitude of voltage after sag, two-point method is proposed. The detection methods introduced in this paper have the advantages such as easy to realize and calculate, and quick dynamic response. The methods apply to the voltage detection of three-phase and single-phase DVRs. Simulation and experimental results verify the validity of the method.

提出了电压周期相位的概念, 即在电压信号正向过零处对相位清零, 并在每个采样点对相位进行累加计数。基于周期相位的检测方法可以很方便地确定电压的相位及幅值, 且可以对电压跌落进行准确判断。给出了电压跌落后相位及幅值的两点法检测方法。本文所提出的检测方法实现简单, 运算量少, 实时性好, 适用于三相及单相电路动态电压恢复器(DVR)的电压检测。仿真及实验结果证实了该方法的有效性。

2005

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2008

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... DVR输出电压与负荷端电压的跌落深度、持续时间以及DVR储能单元容量和逆变器结构等因素有关,相应的补偿策略主要有^[8,9,10,11]:针对三相平衡系统的最小能量法,可以实现DVR注入最小有功功率 ...

2008

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2007

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. 2007, 31(16):55-59

A system control strategy for cascaded superconducting energy storage system

级联型超导储能系统的整体协调控制方法

Guo Wen-yong , Zhao Cai-hong , Zhang Zhi-feng

郭文勇, 赵彩虹, 张志丰

Institute of Electrical Engineering，Chinese Academy of Science，Haidian District，Beijing 100080，China

A holistic coordinated control approach for cascaded superconducting energy storage system (SMES) is proposed in this paper. In this control approach, the cascaded multilevel inverters are controlled by phase-angle control strategy to implement the charging of superconducting magnet and to maintain the current in the superconducting coil constant while voltage sag does not occur; to protect voltage-sensitive loads, the complete compensation can be quickly implemented by state space feedback control strategy while voltage sag occurs. When voltage sag diminishes, the phase reference angle is also gradually changed to absorb energy from the utility to compensate the energy consumed during voltage sag compensation. Meanwhile, during the control of current regulator, the unified PI voltage control mode is adopted to maintain the DC bus voltage of cascaded multilevel inverters constant. Simulation results show that the proposed control approach for cascaded superconducting energy storage system can effectively cope with voltage sag.

提出了级联型超导储能系统的整体协调控制方法，当系统未产生电压凹陷时，级联型逆变器通过相位控制实现对超导磁体的充电和电流维持；当系统产生电压凹陷时，通过状态空间反馈的方法迅速实现完全补偿，以保护电压敏感的负载；当凹陷解除时，又通过相角的渐变从电网吸收能量，以补偿超导磁体中能量的消耗。同时，在电流调节器的控制中，采用统一PI电压控制模式以保持级联逆变器直流母线电压的稳定。系统仿真结果表明，本文提出的方法控制电压凹陷的效果较好。

2010

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2009

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... _load_C保持不变,就A相电压相量图来说,以 U·preA为A相参考轴并固定不变,旋转 U·refA和 I·A至某一位置即可寻找最小能量输出角,这与实际物理情况相符^[12,13] ...

2005

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... 来构造虚拟三相电压^[13],对虚拟三相电压进行d、q同步旋转变换,求出d轴分量,即跌落电压有效值 Usaga和相位跳变角#cod#x00394 ...