基于小波變換的動態(tài)電壓恢復(fù)器

【摘 要】闡述了動態(tài)電壓恢復(fù)器的工作原理和電壓補償方法，提出了一種基于小波變換的動態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落檢測方法，并利用重構(gòu)技術(shù)進行了電壓補償。研究表明基于小波變換的檢測方法實時性好且能補償諧波。動態(tài)電壓恢復(fù)器投入系統(tǒng)后電源電壓總畸變率由12.81%下降為1.77%，表明動態(tài)電壓恢復(fù)器可對電力系統(tǒng)中的跌落電壓進行較好的補償。

【關(guān)鍵詞】小波變換；動態(tài)電壓恢復(fù)器；電壓跌落

一、引言

隨著電力電子裝置以及非線性、沖擊性負(fù)荷的廣泛應(yīng)用，對電能質(zhì)量的影響越來越嚴(yán)重，其中電壓跌落、電壓突升和瞬時供電中斷等電能質(zhì)量問題更為明顯，已經(jīng)成為影響許多用電設(shè)備正常運行的非常嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題。而計算機、通信、微電子等許多敏感設(shè)備對電能質(zhì)量的要求更高了。由于計算機控制設(shè)備的廣泛使用，動態(tài)電能質(zhì)量問題越來越被重視。

動態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer，DVR）是串聯(lián)型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，采用PWM逆變器結(jié)構(gòu)，主要用來防止敏感負(fù)荷遭受來自電網(wǎng)的電壓擾動尤其是電跌落的沖擊，是解決電壓跌落問題的一種有效手段，同時也能夠補償三相電壓不平衡、諧波等電能質(zhì)量問題。

二、動態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）主電路主要由四部分組成：直流儲能單元、逆變器單元、濾波器、和串聯(lián)變壓器。

動態(tài)電壓恢復(fù)器可以看成是一個串聯(lián)在系統(tǒng)中動態(tài)受控的電壓源，當(dāng)檢測系統(tǒng)檢測到供電端電壓發(fā)生跌落時，DVR投入到系統(tǒng)中運行。根據(jù)檢測到的電壓跌落的特征量及負(fù)荷側(cè)電壓的要求，算出所要補償?shù)碾妷?，通過控制逆變器的電力電子器件的通斷使逆變器輸出補償電壓，補償電壓經(jīng)濾波器濾掉高次諧波之后，經(jīng)變壓器耦合到系統(tǒng)側(cè)，即相當(dāng)于在系統(tǒng)中疊加了一個補償電壓。補償電壓和供電端的電壓即等于負(fù)荷電壓，這樣負(fù)荷電壓就就可在供電電壓發(fā)生電壓跌落時恢復(fù)到正常電壓。工作原理如圖1所示。

三、小波變換對信號奇異性檢測

擾動信號在發(fā)生時和恢復(fù)時的波形中會有一個微小的突變出現(xiàn)， 檢測擾動信號中的突變點最關(guān)鍵的是信號的特征量提取，也就是對檢測信號的奇異點進行確定并定位，進而確定信號變化的時間。信號的局部奇異性之所以可用小波變換來分析，是因為信號的突變或暫態(tài)特點可通過小波變換的模極值點在多尺度上統(tǒng)一表現(xiàn).信號在突變的地方通常具有奇異性，擾動信號的奇異性通常又是用小波變換的模局部最大值來描述的.小波變換的模局部最大值又有平移不變的特性，故用小波變換對擾動信號進行分析時，具有很好的時頻局部化特性，用小波變換對局部模極大值進行線性分析后，信號的奇異點即可被檢測出來，也就檢測出了擾動信號的起始和終止時刻。

四、基于小波變換的電壓跌落檢測

用小波變換理論來檢測電能質(zhì)量日益興起，但很多情況下，由于小波函數(shù)、采樣頻率及分解層數(shù)選取不當(dāng)，使得檢測結(jié)果誤差較大。在實際的供電系統(tǒng)，電壓跌落多由單相接地故障引起，因此用小波變換對信號奇異性的檢測原理，對相電壓為220V電力系統(tǒng)工頻運行時發(fā)生單相接地短路故障的電壓情況進行檢測分析。

（一）系統(tǒng)電壓跌落且不含諧波時的檢測結(jié)果

選用的電壓信號幅值為311V，頻率為工頻50HZ，采樣頻率是10KHZ，也就是每個周期采樣200點，負(fù)載等效電阻為7.26Ω。信號在0.02s時發(fā)生電壓跌落，跌落幅度為155.5V，持續(xù)到為0.06s時恢復(fù)正常。

圖2為基于小波變換對電壓跌落的檢測結(jié)果。選db6小波對此信號作5層分解 ，圖中原始信號的低頻系數(shù)為a5，反映了原始信號的概貌；通過小波變換得到的信號的各層高頻系數(shù)分別是d1、d2、d3、d4和d5，反映了信號的細節(jié)變化。由圖可看出，小波變換模極大值在dl和d2中都出現(xiàn)，即在0.02s和0.06s的時刻，根據(jù)對信號奇異性的檢測原理，可說明信號在0.02s和0.06s這兩點有奇異性存在，也即確定了電壓信號突變的起止時刻。

（二）系統(tǒng)電壓含有諧波時的檢測結(jié)果

選用的電壓信號幅值為311V，頻率為工頻50HZ，采樣頻率是10KHZ，也就是每個周期采樣200點，負(fù)載等效電阻為7.26Ω。信號在0.02s時發(fā)生電壓跌落且含有5次諧波，跌落幅度為155.5V，持續(xù)到為0.06s時恢復(fù)正常。

圖3為基于小波變換的檢測結(jié)果。選用db6小波對信號作5層分解 ，圖中原始信號的低頻系數(shù)為a5，反映了原始信號的概貌；通過小波變換得到的信號的各層高頻系數(shù)分別是d1、d2、d3、d4和d5，反映了信號的細節(jié)變化。由圖可看出，小波變換模極大值在dl和d2中都出現(xiàn)，即在0.02s和0.06s的時刻，根據(jù)對信號奇異性的檢測原理，可說明信號在0.02s和0.06s這兩點有奇異性存在，也即確定了電壓信號突變的起止時刻。

五、基于小波變換的動態(tài)電壓恢復(fù)器系統(tǒng)補償結(jié)果分析

將小波變換應(yīng)用于實際的小功率動態(tài)電壓恢復(fù)器，動態(tài)電壓恢復(fù)器投入系統(tǒng)前后的試驗結(jié)果如圖4所示。補償前電源電電壓總畸變率THD = 12.81%；補償后電源電壓總畸變率THD = 1.77%。

六、結(jié)論

基于db6小波分析的動態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落檢測方法將小波變換用于電力系統(tǒng)的電壓突變檢測，小波函數(shù)的選取和分解層數(shù)對檢測結(jié)果有較大的影響。

小功率試驗結(jié)果表明基于小波變換的動態(tài)電壓恢復(fù)器可有效補償?shù)潆妷?，濾除電網(wǎng)諧波電壓，降低系統(tǒng)電壓總畸變率，減小電網(wǎng)諧波污染。

參考文獻：

[1]李天云，陳曉東，趙為紅等.幾種短時電能質(zhì)量擾動分類和檢測的雙小波分析法[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（11）：26-30.

[2]黃瀚，楊潮，韓英鐸等。配電網(wǎng)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器控制策略的研究[J]。電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（1）：1-4。

[3]吳曉朝，方立新，郭紅霞等。一種基于小波變換的電能質(zhì)量特征量提取及分類的方法[J].控制理論與應(yīng)用，2008，25（2）：325-328.

[4]郭育生，于月芬?；谔摂M測量技術(shù)的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)[J].電工測量與儀表，2008，45（2）：10-12.

[5]任永峰?；谛〔ㄗ儞Q的并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器[J].電力系統(tǒng)及自動化學(xué)報，2006，18（5）：21-24.

[6]張國榮，丁明，梁海濤等。一種應(yīng)用于單相DVR的檢測算法與仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007，19（4）：732-734.