基于在线预测与网格分形的动态电压恢复器的研究与实现

论文摘要

动态电压恢复器(DVR)凭借着对于电压暂降有着很好的动态补偿效果且成本相对较低的优点,已经逐渐成为解决动态电压质量问题的主要手段。本文从主电路结构分析、新型检测算法提出和系统的软、硬件实现三个方面对DVR进行了研究,为提高DVR补偿效果的准确性与鲁棒性提供了一种新的尝试。本文的主要内容包括:(1)针对现有检测算法存在响应速度慢,无法满足DVR鲁棒性要求的缺点,提出了一种基于在线预测和网格分形的新型DVR检测方法。利用在线检测的方法对电网电压进行检测,以数个采样点信息结合软件锁相环锁定的当前电压相位信息,还原当前时刻的电网电压基波分量,省去了目前检测算法中延时较大的数字滤波器环节。软件仿真结果验证了对于各种电压暂降问题,检测模块都能准确地输出补偿电压参考信号,从而保持负荷测电压的稳定。(2)设计了一种新型的三单相DVR主电路结构。利用三单相结构电路易于对三相补偿电压独立控制的优点弥补传统三相DVR系统不能补偿三相电压不平衡的缺点。动模试验结果验证了在接入三相不平衡负载或由于不对称短路造成三相电压不平衡时,该主电路结构能够很好的抑制系统的三相不平衡,保证负载侧电压的平衡和稳定。(3)将网格分形理论引入电压畸变点的判断过程中。通过对于最优网格大小的选取来量化电压突变程度,利用其与电压允许变化范围内的量化值进行比较来识别动态电压质量问题。仿真实验表明该方法能迅速地捕捉并定位电压发生突变的起止时刻,误差在0.1%以内。网格分形算法输出的电压脉冲信号即作为DVR补偿量输出的起止时刻。(4)完成DVR系统的样机实现。采用TMS320LF28系列DSP作为处理核心,完成了所提出的检测算法的软件设计与外围硬件电路的设计。动模试验验证了所提出的检测算法与样机实现方法的合理性和可行性。样机试验结果表明,装置可在2ms内检测到电压扰动,锁定电压扰动的起止时刻,并输出补偿电压信号。样机在响应时间以及补偿精度等技术指标方面达到了比较理想的效果。与传统采用数学变换结合低通滤波检测算法的DVR相比,该装置具有实现容易、运算速度快等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电压暂降概述
• 1.1.1 电压暂降的定义与起因
• 1.1.2 电压暂降的影响
• 1.2 解决电压暂降问题的对策与解决方法
• 1.3 DVR 国内外研究现状
• 1.3.1 DVR 国内外研究现状
• 1.3.2 DVR 的关键技术与难点
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 DVR 理论基础及工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 DVR 理论基础
• 2.3 DVR 主电路工作原理
• 2.3.1 DVR 主电路基本结构
• 2.3.2 DVR 工作原理
• 第三章 DVR 主电路研究以及损耗分析
• 3.1 引言
• 3.2 并联侧主电路研究
• 3.2.1 二极管整流桥
• 3.2.2 SPWM 整流桥
• 3.3 串联侧主电路研究
• 3.3.1 采用串联变压器结构
• 3.3.2 不采用串联变压器结构
• 3.4 DVR 逆变器损耗分析及计算
• 3.4.1 逆变电路损耗分析
• 3.4.2 DVR 损耗计算结果
• 3.5 本文提出的主电路结构
• 3.6 本章小结
• 第四章 DVR 现有检测算法分析
• 4.1 引言
• 4.2 电压暂降特征量检测算法分析
• 4.2.1 有效值计算方法
• 4.2.2 基波分量法
• 4.2.3 单相电压变换平均值法
• 4.3 基于广义瞬时无功功率理论的dq0 变换方法分析
• 4.3.1 基于广义瞬时无功功率理论的dq0 变换方法原理
• 4.3.2 基于广义瞬时无功功率理论的dq0 变换方法的缺陷
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于在线预测与网格分形的新型DVR 检测算法
• 5.1 引言
• 5.2 在线预测算法原理
• 5.3 软件锁相环（SPLL）在DVR 检测算法中的应用
• 5.3.1 软件锁相环原理
• 5.3.2 软件锁相环对畸变电压的抑制
• 5.4 基于网格分形的电压突变点检测
• 5.4.1 网格分形原理
• 5.4.2 分形维数的定义与计算
• 5.4.3 网格分形在DVR 检测算法中的应用
• 5.5 参考波形生成
• 5.5.1 补偿基波成分参考波
• 5.5.2 补偿谐波成分参考波
• 5.5.3 检测算法总输出
• 5.6 本章小结
• 第六章 软件仿真实验
• 6.1 引言
• 6.2 检测模块仿真实验
• 6.2.1 在线预测算法软件仿真实验
• 6.2.2 软件锁相环软件仿真实验
• 6.2.3 网格分形算法软件仿真实验
• 6.2.4 三相检测模块软件仿真实验
• 6.3 DVR 系统仿真实验
• 6.3.1 实验设计
• 6.3.2 实验结果
• 6.3.3 实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 DVR 检测电路设计与动模试验
• 7.1 引言
• 7.2 系统硬件设计
• 7.2.1 前端输入电路模块设计
• 7.2.2 数据处理电路模块设计
• 7.3 系统软件设计
• 7.3.1 系统软件框架
• 7.3.2 系统程序流程设计
• 7.3.3 软件调试中所解决的问题
• 7.4 系统抗干扰设计
• 7.5 样机动模实验
• 7.5.1 试验原理
• 7.5.2 动模试验结果与分析
• 7.5.3 试验结果小结
• 7.6 DVR 损耗测量
• 7.7 本章小结
• 第八章 总结和展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录样机试验录波图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文