低压动态电压恢复器的研制

论文摘要

近年来,随着电子控制器、自动生产线、PLC控制器、精密仪器、光控设备、微型电机、计算机控制系统等设备在生产中的大量应用以及供电可靠性的不断提高,人们逐渐将对传统的电能质量问题(如供电中断、电压长时间偏高或偏低等)的注意力,转向新的动态电能质量问题,如持续时间为毫秒级的动态电压升高、脉冲电压、电压跌落等。本文从电能质量中的动态电压问题形成机理出发,设计研制出低压动态电压恢复器(DVR),用以解决系统中常见的电压跌落、三相电压不平衡、电压突升等暂态电压问题。本次DVR的设计分主框架设计和控制算法实现两大部分。在设计DVR的主框架时,将其分为整流储能部分、逆变部分和滤波部分。整流储能部分选用IPM组成的整流电路,从系统侧获得能量,为储能电容提供稳定的直流电压;逆变部分则采用三个独立的单相全桥逆变电路得到需要的补偿电压;由于整流器、逆变器的引入,输出补偿电压的同时也引入了高次谐波,这是PWM技术不能回避的问题,因此输出侧需要滤波环节。与传统的四部分DVR相比,本次设计的低压动态电压恢复器在将电压串联入电网的时候,以串联电容器取代了传统的变压器,提高了补偿响应速度,缩短了DVR响应时间。控制算法分析主要包括整流、逆变控制,补偿策略研究以及DSP控制实现三部分。整流、逆变控制分别针对整流储能部分和逆变部分,采用基于SPWM的双闭环控制系统,反馈信号时延短、精度高;在补偿策略上分析现有的完全补偿策略、同相位补偿策略和最小能量补偿策略后,提出了基于传统最小能量法的新型补偿策略,它可以在减小设备损耗的同时提高设备的补偿能力。所有控制算法均在MATLAB/SIMULINK环境下进行建模仿真实验,效果十分理想。在数字仿真验证的基础上,开发了基于此控制系统的DVR样机。DVR样机采用TI公司的TMS3202812芯片实现控制。最后通过电力系统动态模拟试验测试性能,试验的结果符合预先设想,证明DVR样机从原理到设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电能质量介绍
• 1.2 电压跌落的严重性
• 1.3 电压跌落问题的主要解决方法与措施
• 1.4 动态电压恢复器简介
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 DVR 总体框架与基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 DVR 基本模块及工作原理
• 2.2.1 储能部分
• 2.2.2 逆变部分
• 2.2.3 变压器与滤波器部分
• 2.3 本次DVR 的设计思路
• 2.4 本章小结
• 第三章 DVR 基本模块研究与实现
• 3.1 引言
• 3.2 整流部分
• 3.2.1 PWM 整流
• 3.2.2 整流电路控制研究
• 3.2.3 模型搭建与仿真
• 3.3 逆变部分
• 3.3.1 电压型逆变器闭环系统法设计
• 3.3.2 模型搭建与仿真
• 3.4 变压器与滤波器
• 3.4.1 滤波器参数设计
• 3.4.2 变压器的处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 DVR 补偿策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 传统补偿算法分析
• 4.2.1 完全补偿法
• 4.2.2 相位不变补偿法
• 4.2.3 最小能量补偿法
• 4.3 最小能量法
• 4.3.1 DVR 补偿能力不足
• 4.3.2 DVR 补偿能力充足
• 4.3.3 电压突升补偿情况
• 4.4 仿真实验
• 4.4.1 补偿效果
• 4.4.2 能量比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 DVR 仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于PSB/Matlab 下的单相模型仿真
• 5.3 基于PSB/Matlab 下的三相模型仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 DVR 样机硬件部分
• 6.1 引言
• 6.2 IPM 电路设计
• 6.2.1 IPM 内部机构及主要特征
• 6.2.2 IPM 模块的驱动电路
• 6.2.3 IPM 模块的缓冲吸收电路
• 6.3 DSP 的控制实现
• 6.4 本章小结
• 第七章 DVR 样机模拟与实际运行结果分析
• 7.1 引言
• 7.2 DVR 基本参数
• 7.3 DVR 动态模拟试验
• 7.3.1 动模试验计划
• 7.3.2 单相有相位跳变电压跌落
• 7.3.3 三相同步电压跌落
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文