动态电压恢复器(DVR)的PI和模糊调节器.docx

动态电压补偿（DVR）的PI和模糊调节器设计K. Sandhyaa*, Dr. A. Jaya Laxmib, Dr. M.P. Soni01介绍 当今，现代工业应用大多是基于可编程序逻辑控制器等电子设备和电子驱动器。电子器件特别容易受到干扰，并且越来越不能忍受比如电压降低，升高，谐波等电能质量问题。对工业设备来说，电压骤降被认为是最严重的干扰之一。通过在负载共同连接点注入无功功率，能够在负载处获得电压补偿。解决这一问题的一种普通方法是在配电变压器一次侧末端安装并联电容器。而这种方法的缺点是，高速瞬变不能被补偿。另外一种解决电压调整的电力电子方法是使用用户电力装置。DVRs是为提供可靠的分配电能质量的一种用户电力装置。2电能质量问题的解决办法有两种方法可以缓解电能质量问题。这种解决电能质量问题的方法可以从用户侧或者公共侧实施。第一种方法叫负载调整，它可以确保装置对电能干扰的灵敏度降低，甚至可以允许在严重的电压畸变下操作。另外一种方法是安装线路调节系统，它可以抑制或者抵消电网的干扰。当前，这些方法是基于PWM转换，并且与并联或者串联下的低压和中压分布系统有关。一些有效经济的方法是使用避雷器，基于晶闸管的静态开关，储能系统。尽管有许多不同的方法来缓解电压上升和下降的情况，但是最有效的方法还是使用用户用电装置。用许多不同种类的用户用电装置。包括用功功率滤波器（APF），电池储能系统（BESS），配电静止同步补偿器（DSTATCOM），分布系列电容器（DSC），动态电压恢复器（DVR），避雷器（SA），超导磁能源系统（SMES），静态电子释放器（SETC），固态转换开关（SSTS），固态故障电流限流器（SSFCL），静止无功补偿装置（SVC），晶闸管投切电容器（TSC）和不间断电源（LTPS）。其中，DVR是基于VSC原理的一个有效的用户用电装置，它可以解决电压下降和上升问题。 3动态电压恢复器（DVR）动态电压恢复器（DVR），是用在配电网络中的最有效率和最有效的现代用户用电装置。DVR是最近提出的连接固态器件的一系列装置，它将电压注入系统，从而调节负载端电压。通常在电源处和常见耦合点处的临界负载馈线之间的配电系统安装。除了补偿电压降落和升高，DVR还有其他作用，比如：线电压谐波补偿和瞬时电压的下降和故障电流限制。DVR的结构如图1所示。DVR的等效电路图和为了电压降落/提高的一系列注入电压原理如图2所示。负载电压由下可知：这里Vs是电源电压，Vinj是通过的注入电压在额定电压情况下，各相的负载功率由下可知：这里IL是负载电流，PL和QL是分别由负载引起的有功和无功功率当开启补偿装置，并且电压恢复到正常状态，则：电压降落的下标指的是降落供电量，注入的下标是指通过DVR补偿装置注入的量4调节方式DVR的调节方式由图3所示。这里，Va，Vb，Vc是三相电压。VRMS是均方根（RMS）电压。最后。V+abc是通过转换器输出的三相电压。这里参与分析的两个调节器如图4图6所示，它们采用比例积分调节器（PI）和模糊比例积分调节器（FPI）。4.1.PI调节器PI调节器的输入是参考电压和测量的末端电压均方根值的误差。这个误差经过PI调节器处理，输出是由PWM信号发生器提供的角度。然后PWM信号发生器产生一个脉冲信号给电压源换流器（VSC）的晶闸管门极。PI调节器的缺点是不能对误差型号的突然变化作出反应，因为它只能测定误差型号的瞬时值，而不能考虑到误差升高和下降的变化，误差信号用数学关系来表示，被记作为。4.2.模糊PI调节器为了解决这个问题并且改善DVR的运行状态，模糊PI调节器被提出。输出控制信号的测定，是由基于一个规则库的推理器完成的，这个规则库规则是：假定有个，则会产生。然后讨论Kp和KI，利用这个规则库，Kp和KI的量是根据误差信号和误差率来变化的。近似逻辑控制（FLC）是基于Mamdani系统。5仿真结果图1显示的系统和表3显示的系统参数已经用MATLAB/SIMLTLINK进行模拟仿真，来研究DVR优化电能质量的表现。仿真出来的结果在不同情况下分别的展示出来。电压降落和升高都是由电源产生。仿真结果如下列图片所示，可以清楚的看到由DVR提供的非常有效的电压调整方法。5.1用PI调节器20%的电压降落和升高发生在电源处，这种情况（在100ms到200ms间下降，在200ms到300ms间上升）如图9（a）所示。基于DVR的PI调节器能够缓解电压降落升高问题，也能提供负荷端8.89%的谐波失真的电压调整（图9（b），（c）和（d）5.2用模糊PI调节器20%的电压降落（从100ms到200ms）和20%的电压升高（从200ms到300ms）发生在A相电源侧。基于DVR的近似PI调节器能够缓解电压降落升高问题，也能提供负荷端4.45%的谐波失真的电压调整，而单独用PI调节器时的谐波失真为8.89%。用模糊PI调节器会使谐波失真大幅度减少，并且能提供更好的电压调整（图10（b），（c）和（d）。表4给出了PI调节器与FPI调节器的比较。6结论文章已经表明了电能质量问题比如电压降落和升高。像DVR等一些用户电力电子器件的补偿技术已经出现。一个基于PWM技术的控制方式已经应用。与MATLAB/ SIMULINK所提供的基频切换方案相比较，PWM控制方式只提供电压测量。这个特点使它在理想情况下适用于用户低压电力应用。PI调节器和模糊逻辑调节器技术已经成熟。结果表明，与PI调节器相比，模糊PI调节器会有更好的表现。用FPI调节器的负荷端THD是4.45%，比IEEE标准少5%。参考文献1 N.G. Hingorani, Introducing Custom Power, EEE Spectrum Vol. 31，pp .41-48, 19952 E Acha, V.G.Agehdis, O.Anaya-Lara, T.J.Miller, Power Electronic Control in Electrical Systems, 1st edition, Newnes, 20023 Anaya-Lara o, Acha E，Modeling and analysis of custom power Systems by PSCAD/EMTDC, IEEE Transactions on Power Delivery, Vo1.17, Issue: 1, Jan. 2002, Pages: 266-2724 Bollen, M.H.J.,Voltage sags in three-phase systems Power Engineering Review, IEEE, Vol. 21, Issue 9, Sept. 2001，pp: 8-11, 155 N.G.Hingorani and L.Gyuyi, Understanding Facts一Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, 1 st Ed: Inst.Elect. Electronic Eng. Press, 19996 Gareth A. Taylor, Power quality hardware solutions for distribution systems: Custom power, IEE North Eastern Centre Power Section Symposium, Durham. UK, 1995, pp.l l/1一11 /97 Ran Cao, Jianfeng Zhao, Weiwei Shi, Ping Ziang, Gouquing Tang, Series Power Quality Compensator for Voltage Sags, Swells, Harmonics and Unbalance, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposion, Vol. 1,28 Oct一Nov，pp.543-5478 Chris Fitzer, Mike Barnes, Peter Green, Voltage Sag Detection Technique for a Dynamic Voltage Restorer, IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 22, No. 2, Mar. 2007, pp.626-6359 Ran Cao, Jianfeng Zhao, Weiwei Shi, Ping Ziang and Gouquing Tang, Series Power Quality Compensator for Voltage Sags, Swells, Harmonics and Unbalance, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposion, Vol. 1, 28