一種新型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)?/h1>
2018-11-24 07:32孫佳瑩孔令魁
哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2018年4期
孫佳瑩 孔令魁
摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer， DVR）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流側(cè)電壓等級(jí)高，逆變單元輸出電壓波形畸變率大及其損耗亦較高的問題，依據(jù)開放式繞組原理提出新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。研究了新型DVR拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)低諧波畸變率和低直流側(cè)電壓幅值的方法；建立了新型DVR等效電路模型，并給出新型DVR拓?fù)涞目刂撇呗浴Ｍ瑫r(shí)分析對(duì)比了新型DVR與傳統(tǒng)DVR拓?fù)涞墓?，結(jié)果表明新型DVR功耗較低。最后，在MATLAB/SIMULINK平臺(tái)搭建仿真模型，仿真結(jié)果證明所提出的DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，補(bǔ)償精度高。
關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；開放式繞組；功率損耗；加權(quán)諧波總畸變率
DOI：10.15938/j.jhust.2018.04.003
中圖分類號(hào)： TM76
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
文章編號(hào)： 1007-2683（2018）04-0012-06
Abstract：This paper proposed a new topology of dynamic voltage restorer （DVR） based on the concept of openend winding， considering higher dclink rating， harmonic distortion of voltage generated by inverter and power loss of converter. The methods to decrease the harmonic distortion of voltage and amplitude of dclink were studied. We established equivalent circuit model and then the control strategy was presented. Meanwhile， compared to the traditional DVR， the proposed DVR has better performance on power loss. Finally， we build the simulation model on MATLAB/SIMMULINK and the simulation results show that the new topology structure has superior performance and high compensation accuracy.
Keywords：dynamic voltage restorer；openend winding；power loss；the weighted total harmonic distortion
0 引 言
隨著產(chǎn)生電力擾動(dòng)以及對(duì)電力擾動(dòng)敏感的設(shè)備數(shù)量劇增，電能質(zhì)量的研究也引起廣泛關(guān)注[1-4]。其中，電壓跌落為主要的電能質(zhì)量問題[5]。統(tǒng)計(jì)表明：大型電力用戶，幅度超過20%的電壓暫降的年發(fā)生率10～20次左右。
DVR具有響應(yīng)速度快、補(bǔ)償精度高等特點(diǎn)，因此，目前DVR在配電網(wǎng)中的應(yīng)用備受學(xué)者的關(guān)注。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用DVR解決電能質(zhì)量問題的研究基本還在理論和實(shí)驗(yàn)上，主要包括電壓跌落的檢測(cè)算法、系統(tǒng)控制策略與補(bǔ)償策略三方面。如文[6-7]介紹了一種改進(jìn)的dq變換策略，并應(yīng)用于DVR。文[8]將最小方差濾波器和對(duì)稱分量法結(jié)合，提出新的軟件鎖相環(huán)和電壓跌落檢測(cè)方法。文[9]提出了任意負(fù)載條件下的DVR復(fù)合控制策略。文[10]提出了基于電壓積分的偏磁抑制策略。文[11]提出最優(yōu)化的能量補(bǔ)償策略。
DVR的檢測(cè)算法、控制策略和補(bǔ)償策略的研究已非常成熟，因此本文以DVR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以降低DVR的功率損耗、諧波畸變率以及直流側(cè)電壓等級(jí)為目的，更好地推廣DVR的工程應(yīng)用，發(fā)展綠色節(jié)約型電網(wǎng)。
DVR由直流儲(chǔ)能單元、逆變單元、濾波單元和耦合單元四部分組成；其中逆變單元是DVR核心部分。逆變單元承擔(dān)著輸出電網(wǎng)所需補(bǔ)償電壓的任務(wù)，因此多數(shù)DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是圍繞逆變器進(jìn)行改進(jìn)的。然而，傳統(tǒng)的DVR存在以下不足：首先，當(dāng)電網(wǎng)需要補(bǔ)償很高的電壓時(shí)，DVR的輸出電壓無法做到完全補(bǔ)償；其次，輸出電壓含有高次諧波分量，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重污染；最后，功率開關(guān)損耗大。鑒于上述問題，本文遵循低諧波電壓畸變率、低電磁干擾及高電壓等級(jí)下運(yùn)行三條原則[11]，應(yīng)用開放式繞組的原理提出了一種新型的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1 新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
開放式繞組（openend winding，OEW）是為解決電機(jī)中諧波勵(lì)磁問題而提出的。它是指電機(jī)繞組無中性點(diǎn)聯(lián)接，即將定子繞組打開，六個(gè)端子全部引出來[12]。如圖1所示為基于OEW原理的雙電源供電的功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[13]。
應(yīng)用OEW原理，在傳統(tǒng)DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上本文提出了兩種新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示：
2 系統(tǒng)控制
2.1 PWM調(diào)制策略
針對(duì)所提出的新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以4L4L DVR為例詳細(xì)分析說明PWM調(diào)制策略。如圖3所示為4L4L DVR的逆變器等效電路，設(shè)定逆變器A與B的極點(diǎn)電壓分別為uak0a（即點(diǎn)ak和0a之間的電勢(shì)差，k=1，2，3，4）和ubk0b（即點(diǎn)bk和0b之間的電勢(shì)差，k=1，2，3，4），其中：
2.2 DVR的控制策略
開環(huán)控制和閉環(huán)控制是DVR常采用的控制策略[14-17]。本文采用雙閉環(huán)復(fù)合控制策略，即在前饋控制的基礎(chǔ)上加入負(fù)載電壓外環(huán)、濾波電容內(nèi)環(huán)的負(fù)反饋；如圖4所示為4L4L DVR 單相等效電路圖。
3 拓?fù)浔容^
本文對(duì)每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最小直流側(cè)電壓（新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DVR為u*ab，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DVR為u*c）、半導(dǎo)體器件和電容的數(shù)量進(jìn)行了比較。其中ud是2C2C DVR直流側(cè)電壓。
由表2知：與2C和4L DVR結(jié)構(gòu)相比，4L4L 和2C2C DVR的u*ab降低了50%左右；新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然含較多IGBT，但在直流側(cè)電壓等級(jí)相同的前提下2C2C DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變比3HB DVR低。
4 諧波畸變率
新型DVR與傳統(tǒng)DVR的注入相電壓的加權(quán)總諧波畸變率（the weighted total harmonic distortion， WTHD）計(jì)算公式如下[18]：
在DVR向三相系統(tǒng)中注入相同的最大電壓的前提下，逆變器輸出電壓的畸變率如表3所示；其中，開關(guān)動(dòng)作的平均頻率和基波頻率分別為10kHz和50Hz。須知，2C2C DVR運(yùn)行在兩側(cè)直流電壓比為1∶1的模式下時(shí)與傳統(tǒng)的DVR等效，且諧波電壓畸變率亦相同。
從表3可看到：4L4L DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率最低，且所提出的新型DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率比傳統(tǒng)的DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率都低。
5 逆變器的功率損耗
應(yīng)用回歸曲線進(jìn)行損耗評(píng)估的理論方法，在MATLAB平臺(tái)上進(jìn)行仿真；文[19]用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立回歸曲線模型從而進(jìn)行損耗評(píng)估的方法證明了該理論的有效性。開關(guān)損耗分4種：①IGBT和二極管的傳導(dǎo)損耗；②IGBT的開通損耗；③IGBT的關(guān)斷損耗；④二極管關(guān)斷能量。
表4所示為新型DVR與傳統(tǒng)DVR的損耗對(duì)比結(jié)果。其中，仿真結(jié)果是 DVR在逆變器輸出的最大三相對(duì)稱電壓中不含零序電壓的情況下運(yùn)行得出的。
4種結(jié)果諧波畸變率相同（WHTD=0.22%）；為滿足DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率相同，2C2C、4L4LDVR的開關(guān)頻率分別設(shè)定為6.25kHz和4.8kHz，每種DVR兩側(cè)直流電壓比為1∶2。從上表可看出，新型DVR的開關(guān)損耗比傳統(tǒng)4L DVR低。
6 直流側(cè)高頻功率損耗
本文研究了不同頻率下的直流側(cè)功率損耗，設(shè)定傳統(tǒng)的DVR和新型DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率相同，則高頻功率損耗計(jì)算公式如下：
計(jì)算每種DVR的高頻功率損耗與傳統(tǒng)的DVR高頻功率損耗比值（即PHOloss/PHOloss3HB）時(shí)，取傳統(tǒng)DVR拓?fù)涞闹绷鱾?cè)高頻功率標(biāo)幺值為1，則2C2C、4L4L DVR直流側(cè)高頻功率損耗分別為0.77、0.36。
7 仿真結(jié)果
在MATLAB平臺(tái)上搭建傳統(tǒng)DVR與新型DVR仿真模型，仿真實(shí)驗(yàn)選取的參數(shù)為：電網(wǎng)電壓的有效值為220V，負(fù)載類型選擇100Ω的純電阻，變壓器的容量22kVA，變壓器的變比為n=2，變壓器的漏電抗2.5mH，低通濾波電容值為40μF，濾波電感值為2mH。本文規(guī)定兩側(cè)直流電壓相等， 以4L4L DVR為代表研究動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器在以下三種故障下的性能：①單相電壓跌落（如圖7所示）；②兩相電壓跌落（如圖8所示）；③三相電壓跌落（如圖9所示）。上述3種故障下電壓跌落幅值（即30%）和持續(xù)時(shí)間（約100ms）均相同。
DVR在兩側(cè)直流電壓值相等與不等（即ua≠ub）兩種情況下，逆變輸出的相電壓（濾波前）的波形如圖10所示。與傳統(tǒng)的DVR相比，在運(yùn)行條件皆相同的情況下新型的DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器輸出的電壓的波形更逼近正弦波；因此，補(bǔ)償相電壓加權(quán)諧波總畸變率更低。
8 結(jié) 論
本文以傳統(tǒng)的DVR拓?fù)錇橹危岢鲂滦偷腄VR拓?fù)?；通過仿真實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：
1）新型DVR可同時(shí)補(bǔ)償單相或多相電壓跌落且補(bǔ)償精度高；
2）直流側(cè)的高頻功率損耗和電壓等級(jí)低；
3）逆變器輸出電壓具有較低的諧波畸變率。
因此，新型DVR能夠更好地應(yīng)用到配電系統(tǒng)解決電能質(zhì)量問題，以發(fā)展綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)：
[1] 李蘭英，師克龍.電能質(zhì)量暫態(tài)擾動(dòng)的Coiflet小波檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，21（2）：32-37.
[2] 李圣清，張彬，栗偉周，等.含微網(wǎng)的配網(wǎng)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014，18（6）：89-95.
[3] 李夢(mèng)詩，王學(xué)健，季天瑤.基于形態(tài)小波范數(shù)熵和支持向量機(jī)的電能質(zhì)量分類研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2016，20（9）：33-39.
[4] 榮盤祥，劉兆宇，楊常偉.有源電力濾波器諧波檢測(cè)仿真設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，20（1）：66-69.
[5] 肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.
[6] 周雪松，何杰，馬幼捷，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器主拓?fù)浜涂刂扑惴ǖ难芯縖J].高電壓技術(shù)，2008，34（4）：753-758.
[7] 金顯吉，佟為明，盧雷，等.基于改進(jìn)單相dq變換與形態(tài)濾波的電壓暫降檢測(cè)方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2015，19（4）：45-52.
[8] 陳國(guó)棟，朱淼，蔡旭，等.一種軟件鎖相環(huán)和電壓跌落檢測(cè)新算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（25）：4383-4394.
[9] 李哲，吳正國(guó)，夏立，等.任意負(fù)載條件下動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的復(fù)合諧振控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（25）：130-138.
[10]王晶，徐愛親，翁國(guó)慶，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器控制策略研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010， 38（1）：145-151.
[11]ALMEIDA，CARLOS，CURSIN.Investigation on Dynamic Voltage Restorers With Two DC Links and Series Converters for ThreePhase FourWire Systems[J].IEEE TRANSACTIONS，2016，52（2）：1608-1620.
[12]李賀龍，孫力.基于雙逆變器的開放式繞組感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.
[13]孫丹，林斌，陳敏，等.HEV用開繞組永磁同步電機(jī)雙逆變器協(xié)同控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2016，20（2）：29-33.
[14]P， T， CHENG，CC，HUANG，CC，PAN.Design and Implementation of a Series Voltage Sag Compensator under Practical Utility Conditions[J].IEEE TRANSACTIONS，2003，39（3）：873-878.
[15]周雪松，張智勇，馬幼捷，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器雙閉環(huán)控制策略的研究[J].電力電子技術(shù)，2007，41（6）：34-36.
[16]何益宏，王群，卓放，等.串聯(lián)電壓控制器的控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（18）：67-70.
[17]袁性忠，姜新建，黃宇淇.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的復(fù)合控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（19）：61-64.
[18]NIELSEN J，BLAABJERG F， MOHAN N.Control Strategies for Dynamic Voltage Restorer Compensating Voltage Sags with Jump[J].IEEE APEC，2001，2（16：1267-1273.
[19]DA E，SILVA D，BOROYEVICH C，et al. A Feasible Loss Model for IGBT in Softswitching Inverters[J].IEEE PESC，2003，4（34）：1845-1850.
（編輯：王 萍）
孫佳瑩 孔令魁
摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer， DVR）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流側(cè)電壓等級(jí)高，逆變單元輸出電壓波形畸變率大及其損耗亦較高的問題，依據(jù)開放式繞組原理提出新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。研究了新型DVR拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)低諧波畸變率和低直流側(cè)電壓幅值的方法；建立了新型DVR等效電路模型，并給出新型DVR拓?fù)涞目刂撇呗浴Ｍ瑫r(shí)分析對(duì)比了新型DVR與傳統(tǒng)DVR拓?fù)涞墓?，結(jié)果表明新型DVR功耗較低。最后，在MATLAB/SIMULINK平臺(tái)搭建仿真模型，仿真結(jié)果證明所提出的DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，補(bǔ)償精度高。
關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器；開放式繞組；功率損耗；加權(quán)諧波總畸變率
DOI：10.15938/j.jhust.2018.04.003
中圖分類號(hào)： TM76
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
文章編號(hào)： 1007-2683（2018）04-0012-06
Abstract：This paper proposed a new topology of dynamic voltage restorer （DVR） based on the concept of openend winding， considering higher dclink rating， harmonic distortion of voltage generated by inverter and power loss of converter. The methods to decrease the harmonic distortion of voltage and amplitude of dclink were studied. We established equivalent circuit model and then the control strategy was presented. Meanwhile， compared to the traditional DVR， the proposed DVR has better performance on power loss. Finally， we build the simulation model on MATLAB/SIMMULINK and the simulation results show that the new topology structure has superior performance and high compensation accuracy.
Keywords：dynamic voltage restorer；openend winding；power loss；the weighted total harmonic distortion
0 引 言
隨著產(chǎn)生電力擾動(dòng)以及對(duì)電力擾動(dòng)敏感的設(shè)備數(shù)量劇增，電能質(zhì)量的研究也引起廣泛關(guān)注[1-4]。其中，電壓跌落為主要的電能質(zhì)量問題[5]。統(tǒng)計(jì)表明：大型電力用戶，幅度超過20%的電壓暫降的年發(fā)生率10～20次左右。
DVR具有響應(yīng)速度快、補(bǔ)償精度高等特點(diǎn)，因此，目前DVR在配電網(wǎng)中的應(yīng)用備受學(xué)者的關(guān)注。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用DVR解決電能質(zhì)量問題的研究基本還在理論和實(shí)驗(yàn)上，主要包括電壓跌落的檢測(cè)算法、系統(tǒng)控制策略與補(bǔ)償策略三方面。如文[6-7]介紹了一種改進(jìn)的dq變換策略，并應(yīng)用于DVR。文[8]將最小方差濾波器和對(duì)稱分量法結(jié)合，提出新的軟件鎖相環(huán)和電壓跌落檢測(cè)方法。文[9]提出了任意負(fù)載條件下的DVR復(fù)合控制策略。文[10]提出了基于電壓積分的偏磁抑制策略。文[11]提出最優(yōu)化的能量補(bǔ)償策略。
DVR的檢測(cè)算法、控制策略和補(bǔ)償策略的研究已非常成熟，因此本文以DVR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以降低DVR的功率損耗、諧波畸變率以及直流側(cè)電壓等級(jí)為目的，更好地推廣DVR的工程應(yīng)用，發(fā)展綠色節(jié)約型電網(wǎng)。
DVR由直流儲(chǔ)能單元、逆變單元、濾波單元和耦合單元四部分組成；其中逆變單元是DVR核心部分。逆變單元承擔(dān)著輸出電網(wǎng)所需補(bǔ)償電壓的任務(wù)，因此多數(shù)DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是圍繞逆變器進(jìn)行改進(jìn)的。然而，傳統(tǒng)的DVR存在以下不足：首先，當(dāng)電網(wǎng)需要補(bǔ)償很高的電壓時(shí)，DVR的輸出電壓無法做到完全補(bǔ)償；其次，輸出電壓含有高次諧波分量，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重污染；最后，功率開關(guān)損耗大。鑒于上述問題，本文遵循低諧波電壓畸變率、低電磁干擾及高電壓等級(jí)下運(yùn)行三條原則[11]，應(yīng)用開放式繞組的原理提出了一種新型的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1 新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
開放式繞組（openend winding，OEW）是為解決電機(jī)中諧波勵(lì)磁問題而提出的。它是指電機(jī)繞組無中性點(diǎn)聯(lián)接，即將定子繞組打開，六個(gè)端子全部引出來[12]。如圖1所示為基于OEW原理的雙電源供電的功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[13]。
應(yīng)用OEW原理，在傳統(tǒng)DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上本文提出了兩種新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示：
2 系統(tǒng)控制
2.1 PWM調(diào)制策略
針對(duì)所提出的新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以4L4L DVR為例詳細(xì)分析說明PWM調(diào)制策略。如圖3所示為4L4L DVR的逆變器等效電路，設(shè)定逆變器A與B的極點(diǎn)電壓分別為uak0a（即點(diǎn)ak和0a之間的電勢(shì)差，k=1，2，3，4）和ubk0b（即點(diǎn)bk和0b之間的電勢(shì)差，k=1，2，3，4），其中：
2.2 DVR的控制策略
開環(huán)控制和閉環(huán)控制是DVR常采用的控制策略[14-17]。本文采用雙閉環(huán)復(fù)合控制策略，即在前饋控制的基礎(chǔ)上加入負(fù)載電壓外環(huán)、濾波電容內(nèi)環(huán)的負(fù)反饋；如圖4所示為4L4L DVR 單相等效電路圖。
3 拓?fù)浔容^
本文對(duì)每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最小直流側(cè)電壓（新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DVR為u*ab，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DVR為u*c）、半導(dǎo)體器件和電容的數(shù)量進(jìn)行了比較。其中ud是2C2C DVR直流側(cè)電壓。
由表2知：與2C和4L DVR結(jié)構(gòu)相比，4L4L 和2C2C DVR的u*ab降低了50%左右；新型DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然含較多IGBT，但在直流側(cè)電壓等級(jí)相同的前提下2C2C DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變比3HB DVR低。
4 諧波畸變率
新型DVR與傳統(tǒng)DVR的注入相電壓的加權(quán)總諧波畸變率（the weighted total harmonic distortion， WTHD）計(jì)算公式如下[18]：
在DVR向三相系統(tǒng)中注入相同的最大電壓的前提下，逆變器輸出電壓的畸變率如表3所示；其中，開關(guān)動(dòng)作的平均頻率和基波頻率分別為10kHz和50Hz。須知，2C2C DVR運(yùn)行在兩側(cè)直流電壓比為1∶1的模式下時(shí)與傳統(tǒng)的DVR等效，且諧波電壓畸變率亦相同。
從表3可看到：4L4L DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率最低，且所提出的新型DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率比傳統(tǒng)的DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率都低。
5 逆變器的功率損耗
應(yīng)用回歸曲線進(jìn)行損耗評(píng)估的理論方法，在MATLAB平臺(tái)上進(jìn)行仿真；文[19]用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立回歸曲線模型從而進(jìn)行損耗評(píng)估的方法證明了該理論的有效性。開關(guān)損耗分4種：①IGBT和二極管的傳導(dǎo)損耗；②IGBT的開通損耗；③IGBT的關(guān)斷損耗；④二極管關(guān)斷能量。
表4所示為新型DVR與傳統(tǒng)DVR的損耗對(duì)比結(jié)果。其中，仿真結(jié)果是 DVR在逆變器輸出的最大三相對(duì)稱電壓中不含零序電壓的情況下運(yùn)行得出的。
4種結(jié)果諧波畸變率相同（WHTD=0.22%）；為滿足DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率相同，2C2C、4L4LDVR的開關(guān)頻率分別設(shè)定為6.25kHz和4.8kHz，每種DVR兩側(cè)直流電壓比為1∶2。從上表可看出，新型DVR的開關(guān)損耗比傳統(tǒng)4L DVR低。
6 直流側(cè)高頻功率損耗
本文研究了不同頻率下的直流側(cè)功率損耗，設(shè)定傳統(tǒng)的DVR和新型DVR逆變器輸出電壓的諧波畸變率相同，則高頻功率損耗計(jì)算公式如下：
計(jì)算每種DVR的高頻功率損耗與傳統(tǒng)的DVR高頻功率損耗比值（即PHOloss/PHOloss3HB）時(shí)，取傳統(tǒng)DVR拓?fù)涞闹绷鱾?cè)高頻功率標(biāo)幺值為1，則2C2C、4L4L DVR直流側(cè)高頻功率損耗分別為0.77、0.36。
7 仿真結(jié)果
在MATLAB平臺(tái)上搭建傳統(tǒng)DVR與新型DVR仿真模型，仿真實(shí)驗(yàn)選取的參數(shù)為：電網(wǎng)電壓的有效值為220V，負(fù)載類型選擇100Ω的純電阻，變壓器的容量22kVA，變壓器的變比為n=2，變壓器的漏電抗2.5mH，低通濾波電容值為40μF，濾波電感值為2mH。本文規(guī)定兩側(cè)直流電壓相等， 以4L4L DVR為代表研究動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器在以下三種故障下的性能：①單相電壓跌落（如圖7所示）；②兩相電壓跌落（如圖8所示）；③三相電壓跌落（如圖9所示）。上述3種故障下電壓跌落幅值（即30%）和持續(xù)時(shí)間（約100ms）均相同。
DVR在兩側(cè)直流電壓值相等與不等（即ua≠ub）兩種情況下，逆變輸出的相電壓（濾波前）的波形如圖10所示。與傳統(tǒng)的DVR相比，在運(yùn)行條件皆相同的情況下新型的DVR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器輸出的電壓的波形更逼近正弦波；因此，補(bǔ)償相電壓加權(quán)諧波總畸變率更低。
8 結(jié) 論
本文以傳統(tǒng)的DVR拓?fù)錇橹危岢鲂滦偷腄VR拓?fù)?；通過仿真實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：
1）新型DVR可同時(shí)補(bǔ)償單相或多相電壓跌落且補(bǔ)償精度高；
2）直流側(cè)的高頻功率損耗和電壓等級(jí)低；
3）逆變器輸出電壓具有較低的諧波畸變率。
因此，新型DVR能夠更好地應(yīng)用到配電系統(tǒng)解決電能質(zhì)量問題，以發(fā)展綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)：
[1] 李蘭英，師克龍.電能質(zhì)量暫態(tài)擾動(dòng)的Coiflet小波檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，21（2）：32-37.
[2] 李圣清，張彬，栗偉周，等.含微網(wǎng)的配網(wǎng)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014，18（6）：89-95.
[3] 李夢(mèng)詩，王學(xué)健，季天瑤.基于形態(tài)小波范數(shù)熵和支持向量機(jī)的電能質(zhì)量分類研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2016，20（9）：33-39.
[4] 榮盤祥，劉兆宇，楊常偉.有源電力濾波器諧波檢測(cè)仿真設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，20（1）：66-69.
[5] 肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.
[6] 周雪松，何杰，馬幼捷，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器主拓?fù)浜涂刂扑惴ǖ难芯縖J].高電壓技術(shù)，2008，34（4）：753-758.
[7] 金顯吉，佟為明，盧雷，等.基于改進(jìn)單相dq變換與形態(tài)濾波的電壓暫降檢測(cè)方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2015，19（4）：45-52.
[8] 陳國(guó)棟，朱淼，蔡旭，等.一種軟件鎖相環(huán)和電壓跌落檢測(cè)新算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（25）：4383-4394.
[9] 李哲，吳正國(guó)，夏立，等.任意負(fù)載條件下動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的復(fù)合諧振控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（25）：130-138.
[10]王晶，徐愛親，翁國(guó)慶，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器控制策略研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010， 38（1）：145-151.
[11]ALMEIDA，CARLOS，CURSIN.Investigation on Dynamic Voltage Restorers With Two DC Links and Series Converters for ThreePhase FourWire Systems[J].IEEE TRANSACTIONS，2016，52（2）：1608-1620.
[12]李賀龍，孫力.基于雙逆變器的開放式繞組感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.
[13]孫丹，林斌，陳敏，等.HEV用開繞組永磁同步電機(jī)雙逆變器協(xié)同控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2016，20（2）：29-33.
[14]P， T， CHENG，CC，HUANG，CC，PAN.Design and Implementation of a Series Voltage Sag Compensator under Practical Utility Conditions[J].IEEE TRANSACTIONS，2003，39（3）：873-878.
[15]周雪松，張智勇，馬幼捷，等.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器雙閉環(huán)控制策略的研究[J].電力電子技術(shù)，2007，41（6）：34-36.
[16]何益宏，王群，卓放，等.串聯(lián)電壓控制器的控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（18）：67-70.
[17]袁性忠，姜新建，黃宇淇.動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的復(fù)合控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（19）：61-64.
[18]NIELSEN J，BLAABJERG F， MOHAN N.Control Strategies for Dynamic Voltage Restorer Compensating Voltage Sags with Jump[J].IEEE APEC，2001，2（16：1267-1273.
[19]DA E，SILVA D，BOROYEVICH C，et al. A Feasible Loss Model for IGBT in Softswitching Inverters[J].IEEE PESC，2003，4（34）：1845-1850.
（編輯：王 萍）
