变流负荷供电线路电压暂降的治理研究

2．4 电路参数设定
根据拉丝生产线敏感负荷的功率(44 kW)及电压跌落对变频换流的影响，DVR电路的主要设计参数定为：
(1)DVR输出条件：当供电电压出现暂变(跌落或上升)至0．9 p．u时，DVR开始对供电线路进行电压补偿，即△U％=90％；
(2)补偿负载能力：为留有余量，敏感负荷的功率取S1=1．5×44=66 kW。当供电线路电压降至0．5 p．u时，DVR的补偿电压u2可达110 V以上。
(3)耦合变压器初级(变流器侧)与次级(电网侧)的电压比：Ku=0．5(Ku1)；
(4)初级电流、电压分别为iDVR和uDVR，次级电流电压为i2和u2。
(5)DVR系统容量SDVR可按以下关系确定：

逆变器的开关组件选用西门子产的IGBT模块(BSM150G120DN2)，即150 A，1 200 V。电流有效值为40～50 A，峰值在110A左右。
(6)变流器交流侧电压ui根据式(3)的估算约为200～250V；

为避免磁饱和现象，设计变压器时将电压裕量留足。
(9)滤波电路参数：滤波电路参数对变压器初、次级的等效阻抗影响较大，在保证满足滤波条件的前提下，以尽量不加大变压器次级的等效阻抗为原则。

3 DVR控制
在DVR主电路设计中较充分地考虑了敏感负荷相对电压跌落时的电压幅值的最小允许值(本装置为额定电压的90％)、电压相位跳变能承受的最大允许值、直流储能系统的容量以及最大能输出的电压。如何快速准确地从含有扰动的电压信号中检测出电压暂降的特征量以及电压基波分量是DVR控制单元应解决的问题。
3．1 电压暂降的检测
根据国外对DVR控制理论的研究，在常规的dq变换检测算法的基础上，针对单相电压暂变的特点，以单相瞬时电压作为静止坐标系α轴分量，构造出超前90°的β轴分量，通过dq变换检测单相电压暂降特征量。当供电线路发生单相电压暂降时，首先由发生电压暂降相的电压经求导计算构造出另外两相虚拟的电压，再进行dq检测，瞬时分离出dq坐标下的直流分量，从而缩短了控制单元的响应时间，这恰好是DVR所需要的。

3．2 最小能量补偿
DVR输出补偿电压的最大值和储能单元的容量是决定DVR装置成本的主要指标。为减小DVR与系统的有功交换以降低成本，该设计在控制DVR输出补偿电压时采用了最小能量补偿法。

式中：u2是DVR输出的补偿电压；IL是负荷电流；α是DVR补偿输出的功率因数角。为减小DVR的有功输出，在输出电压u2一定的情况下，可通过增加DVR补偿输出的功率因数角α来实现。即采用一个相位适当超前网侧电压的电压注入系统，通过增加电网无功功率，降低DVR的功率因数，减少了DVR与系统的有功交换，从而可以获得更长的补偿时间和范围，降低DVR装置的制造成本。

4 结论
(1)变流负荷供电线路的DVR电压补偿器已在拉丝生产线安装使用。在线式电能质量测试分析仪提供的电压质量录波记录表明，在出现的两次供电线路电压跌落至额定电压80％～70％，持续时间为28～120个周波的事件中，DVR装置均在小于等于1 ms时启动，补偿延续时间达到120个周波，将线路相电压提升至(220±1)V。该结果是否说明DVR动态电压补偿结果避免了因电压暂变而造成的变流负荷工作瘫痪，还需运行时日才能证明。
(2)DVR电压补偿器不仅能有效地补偿供电线路的电压暂降，对电压上升(Swells)也有平抑作用，与补偿电压暂降的区别仅在于输出的补偿电压相位控制不同而已。

5 结语
本文设计的DVR电压补偿器以单相全桥式逆变器为主电路结构，各相输出相互独立，可实现补偿零序电压，控制简单。缺点是使用的功率器件较多，成本较高。基于dq变换的DVR综合求导测算法在快速检测电压暂降的起止时刻、暂降幅度和相位角跳变等方面具有一定的实用性和较高的检测精度，但由于微分处理对信号噪声非常敏感，使用中存在着如何消噪的问题。在对补偿电压的计算方法中，最小能量补偿法能有效发挥储能单元的能力，降低DVR装置的制造成本，但在电压暂降幅度较大、持续时间较长时，可能会导致负荷电压相角跳变超出其允许范围，此问题尚需进一步研究。