并联型DVR控制方法研究及参数标幺化设计

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随着电力负荷的不断增加,尤其是冲击性负载、恒功率负载和非线性负载的快速增长,电能质量问题发生的频次越来越多,其中,电压跌落问题发生概率最高。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)能够有效治理电压跌落问题,是目前应用最为广泛的电压暂降补偿装置。DVR补偿电压的性能直接影响用户侧的电能质量,其控制方法的研究具有重要意义。当DVR离网带载运行时,恒功率负载的负阻特性易造成DVR运行的不稳定。因此,本文以无串联变压器的并联型DVR为研究对象,主要从控制方法、参数标幺化设计和离网阶段带恒功率负载时的稳定性问题三个方面展开研究,并通过仿真和实验进行了验证。首先,简要介绍了无串联变压器的并联型DVR拓扑结构、工作原理和工作模式,建立了其数学模型,为后续章节的研究提供了理论基础。针对传统的PI双闭环控制应对负载突变能力较差的问题,本文采用了带负载电流前馈的PI双闭环的控制方法,对其控制原理进行了分析,并给出了双闭环PI控制的参数设计,其中,电流内环PI参数采用零极点对消的方法进行设计,电压外环PI参数采用解析计算的方法确定。最后,通过仿真和实验对理论分析和控制方法的有效性进行了验证。其次,针对不同规格的DVR系统控制参数的标幺化设计展开研究。分别从控制对象和控制器两个方面对DVR系统进行标幺化,对比标幺化前后控制对象和控制器的结构特点,确定了标幺化后双环PI参数;其次,根据不同系统之间PI控制器的相似性,进行了控制参数标幺化设计。最后通过仿真和实验验证了所述方法设计的PI参数运用在三个不同系统的可行性和准确性,满足系统的设计需求。最后,针对DVR离网阶段带恒功率负载时的稳定性问题展开研究。首先,分析了恒功率负载特性及其对级联系统稳定性的影响,指出了其负阻特性易造成级联系统的不稳定。其次,建立了DVR的小信号阻抗模型,给出了电路参数和控制参数对其输出阻抗特性的影响规律。并通过谐波注入的阻抗测量方法进行阻抗扫频,验证了DVR小信号阻抗模型和理论分析的准确性;在此基础上,基于Middlebrook阻抗比判据,分析了参数变化对DVR带恒功率负载组成的级联系统稳定性的影响规律,给出了系统稳定的参数边界。并通过仿真和实验验证了上述理论分析的正确性,为DVR带恒功率负载控制参数设计与工程调试提供理论指导。
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