采用高频隔离方式的动态电压恢复器(DVR)研究

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电网中存在电压跌落和突升等电能质量问题,严重影响到用电设备的安全性和可靠性。动态电压恢复器(DVR)作为解决电网电压突变的一种串联型补偿装置,能够补偿电网电压以保障负载电压稳定,但传统DVR存在动态响应慢、补偿效果欠佳以及供电电源等问题,基于此,本文提出采用高频隔离方式的DVR系统以解决以上问题。
  采用高频隔离双向DC/DC与DVR作为整体的两级式系统结构,利用并网逆变器的直流侧作为供电电源。隔离双向DC/DC通过在Buck模式和Boost模式之间不断切换,为补偿功率提供双向流动的通路,使DVR能够对电网电压的不同突变进行连续不断的补偿。通过将传统的隔离方式转移到隔离DC/DC单元,使得DVR的输出能够直接与电网连接,提高补偿响应速度。
  为了解决补偿时能量双向流动的问题,分析高频隔离DC/DC两种模式的工作原理,针对这两种模式间的切换问题,分别设计Buck模式和Boost模式的脉冲调制逻辑,确保模式切换过程的稳定。为了确保DC/DC输出电压稳定,采用双闭环控制策略并引入实际占空比前馈控制以缩短控制器的调节时间,提高系统动态响应速度。针对变压器漏感电压对电流源型变换器造成的关断过压问题,设计了有源钳位电路,依靠钳位电容与变压器漏感构成的谐振网络对漏感能量进行吸收,从而消除开关管的关断电压尖峰,提高DC/DC运行可靠性。
  为了解决两级式系统协调运行时存在空载启动、补偿功率突变和二倍频波动三种特殊情况,改进隔离双向DC/DC的控制策略来保证系统协调稳定工作。针对空载启动问题,在双闭环控制中加入滞环控制器,空载时将输出电压控制在滞环范围内,带载时滞环控制失效启动双闭环控制;针对功率突变问题,采用准谐振控制器将DVR输出瞬时功率中的直流分量提取出来,转换成电感电流指令作为前馈控制引入电流内环中,加快DC/DC电感电流响应速度,使其输出功率能够跟随补偿功率的突变;针对二倍频功率影响控制环节的问题,利用准谐振控制器消除DC/DC控制中引入的二次脉动,减小电感电流二倍频波动。
  综合上述研究,搭建单相高频隔离式DVR系统实验平台,通过两级式系统对电网电压突变的补偿实验,验证本文所提出高频隔离供电方式和系统协调控制策略的可行性。
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