动态电压恢复器逆变单元的研究与实现

论文摘要

动态电压恢复器(DVR)是解决电压骤升、骤降等动态电能质量问题的串联型补偿装置,它相当于串联在系统中动态受控的电压源,其核心单元是基于全控器件的电压型逆变器。DVR逆变单元作为电压补偿指令的执行环节,在很大程度上影响甚至决定了整个DVR系统的性能和硬件成本。本论文的研究工作主要围绕基于相电压补偿方式的低压配电网DVR的逆变单元展开。主要有以下几个方面:1.对适用于DVR的三种逆变拓扑从性能、成本、实现难易程度等方面作了研究比较,确定了DVR逆变单元的拓扑形式;为提高DVR输出性能,把特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法用于其逆变单元的控制;估算了逆变单元的控制计算时延,重点研究了滤波环节在零初值条件下和接入电网并考虑元件参量初值条件下的电路模型和动态响应情况,为量化DVR逆变单元的响应时间提供了依据和方法,并对DVR逆变单元滤波器的参数选取提出指导意见;2.深入研究了不同补偿策略下逆变单元输出电压、功率与故障前后的电网电压、负载电压以及参考指令电压的具体关系,为逆变单元确定额定电压、储能单元确定额定储量、控制单元实现执行各种补偿策略提供了定量依据和理论基础,特别对最小能量补偿策略中参考相位角的快速搜索计算提供了可行的指导建议;3.提出了根据CPWM(Centroid PWM)技术产生Walsh域特定消谐(SHE)方程初始条件的方法,有效减小了求解SHE方程过程中对初始开关角分布模式搜索的盲目性,降低了求解SHE方程的难度,提高了计算效率,能简单方便地得到逆变单元开关角与电压幅值的分段线性关系,使得DVR逆变单元在全电压范围内既能有效抑制低次谐波又能灵活快速的实现动态调压;4.深入研究了滤波器作为逆变单元和电网两激励源等效内阻对逆变单元及负载电压补偿效果的影响作用,并给出了修正DVR补偿策略的指导建议;根据DVR输出特性和SHEPWM脉冲谐波分布特点,结合滤波器的影响作用,提出了DVR逆变单元滤波器设计的定量依据和系统方法,使得滤波器在有效抑制谐波的同时对逆变单元及补偿效果的影响尽可能小;5.设计搭建了DVR逆变单元实现的硬件平台,在此平台上进行了逆变单元独立运行的静态、动态以及接入电网运行的实验测试。实验结果表明基于Walsh变换的SHEPWM在整个调制比范围内都能有效抑制开关阵列输出脉冲中的低次谐波;低通滤波器能有效滤除SHEPWM脉冲中的剩余高次谐波,并对因死区等原因造成的低次谐波有明显地抑制作用;整个逆变单元具有良好的动态和静态性能,能满足DVR对电网电压问题进行动态补偿的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 电能质量问题的分类
• 1.1.2 动态电能质量问题的发生和危害
• 1.1.3 动态电能质量问题的补偿方法
• 1.2 动态电压恢复器
• 1.2.1 动态电压恢复器的基本工作原理和结构
• 1.2.2 动态电压恢复器的发展和研究动态
• 1.3 论文的研究目标
• 1.3.1 动态电压恢复器逆变单元研究现状
• 1.3.2 论文研究目标
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 论文的构成
• 参考文献
• 第二章 逆变单元整体分析
• 2.1 引言
• 2.2 基于相电压补偿方式的DVR 逆变单元结构分析与选择
• 2.2.1 三种逆变结构性能比较
• 2.2.2 基于相电压补偿的DVR 逆变单元结构选择
• 2.2.3 DVR 与系统的连接方式
• 2.3 DVR 逆变单元的数学描述
• 2.3.1 开关阵列和脉宽调制方法
• 2.3.2 滤波环节与系统模型
• 2.4 逆变单元的动态特性分析
• 2.4.1 基于SHEPWM 的逆变单元控制计算时延估计
• 2.4.2 滤波环节的动态响应分析
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 不同补偿策略下的逆变单元电压与功率研究
• 3.1 引言
• 3.2 DVR 逆变单元与电网之间的功率流分析
• 3.3 逆变单元在不同补偿策略下的输出电压和功率
• 3.3.1 最小电压补偿方式
• 3.3.2 纯无功注入补偿方式
• 3.3.3 负载电压相位给定补偿方式
• 3.3.4 最小能量补偿方式
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 基于Walsh 变换的特定谐波消除脉宽调制方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 特定谐波消除脉宽调制方法的基本原理
• 4.3 基于Walsh 变换的特定谐波脉宽调制技术
• 4.3.1 Walsh 函数与Walsh 级数
• 4.3.2 Walsh 域特定消谐方程的建立
• 4.3.3 初始开关角分布模式的给定
• 4.3.4 建立和求解SHEPWM 方程的步骤
• 4.4 算例说明
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 逆变单元滤波器研究
• 5.1 引言
• 5.2 滤波器的结构与设置位置
• 5.2.1 滤波器的结构与类型
• 5.2.2 滤波器的设置位置
• 5.3 逆变单元滤波器对系统的影响
• 5.4 SHEPWM 控制逆变器的滤波器参数选取方法
• 5.4.1 基于SHEPWM 控制的逆变器谐波特性
• 5.4.2 滤波器参数选取方法
• 5.5 设计实例
• 5.6 小结
• 参考文献
• 第六章 逆变单元硬件平台与实验结果
• 6.1 引言
• 6.2 硬件平台和实验方法简介
• 6.3 实验测试结果
• 6.3.1 逆变器独立运行测试
• 6.3.2 逆变单元接入电网运行测试
• 6.4 分析讨论
• 6.5 小结
• 第七章 全文总结
• 致谢
• 答辩说明
• 攻读学位期间公开发表的论文