动态电压恢复器实验室样机

1、动态电压恢复器实验室样机摘要：根据IEEE标准的电压均方根（rms）的电压幅值骤降是瞬时下降（10%90%），其中持续时间多于半个周期，少一分钟1。电压暂降的常见原因是系统中的故障或短路，始于接入大负载和布线错误的。动态电压恢复器（DVR）是用于补偿电压跌落常用设备。该DVR一般由电压源换流器（VSC），注入变压器，滤波器及储能（电池）的。本文简要讨论了控制策略，并使用DSP板TMS320F2812实现控制策略。同时陈述了电压骤降和暴增的控制策略的仿真结果。本文主要研究设计部分和3KVA DVR实验室样机的调试。给出工作状态的DVR实验室样机的实验结果。关键词：电压暂降;动态电压恢复器;TMS

2、3230F28121 引言今天我们的家园充满了各种各样的电子设备，这使得今天的生活和工作环境与二十年前相差很大。我们享受着像遥控电视机，家用电脑和微波炉等，都是由微处理器控制设备的便利。同样，如今的工业也严重依赖于微控制器和微电子设备。然而这些设备对功率变化非常敏感。用测量，分析，总线电压改进衡量电源质量，通常是一个负载母线电压，是为保持该电压在额定电压和频率是一个正弦曲线1。电源异常有许多形式，如闪变，谐波，电压跌落，谐波，瞬态等。如今电子负载很容易受到这些干扰，之前并不关注此原因2。当设备或产品遭受损害时，电能质量的重要效果就显现了。此外，产品的丢失意味着代价高昂的返工，生产力损失和间接成

3、本较高。因此，当下工业主要关心的是电源质量给在时间和金钱方面带来的巨大损失3。因此，如今提高电能质量很有必要，因为能减少很多由他造成的问题。电压骤降被认为是主要的电能质量问题之一，因为它出现频率非常高。电压暂降定义为有效值电压半周期之间持续几秒钟的瞬时下降。电压暂降的常见原因是系统中的故障或短路，始于接入大负载和布线错误的。电压骤降影响敏感的设备，如可调速驱动器（ASD）和可编程逻辑控制器（PLC），从而导致它们出现故障。对于工业来说，这将导致增加生产和金钱的损失。因此，补偿电压暂降至关重要。静态补偿器（STATCOM）和动态电压恢复是当前用于补偿电压跌落两个主要的电力电子器件。动态电压恢复器

4、（DVR）是用于串联和配电馈线电压同步以补偿电压暂降的注入3相电压的电力电子装置。本文详细介绍了设计和3kVA的动态电压恢复器（DVR）实验室样机的调试。2 控制策略DVR的控制策略将使用开环控制算法。将三相电源电压（VsA，VSB和VsC）转换为静止坐标系VS与VS。VS与VS然后用从SPLL得到的角度转换为旋转坐标系的VSD和VSQ 1，4，5 - 6。VSD和VSQ是直流值。出现故障时，这些直流值将下降，预下降值和已下降值之间的差将形成一个误差信号。所使用的控制系统的方框图如图1所示。-开放注入变压器引入了一个30°相移时，误差也被移30°。这个误差信号再被用空间矢量

5、转换回以形成可调的VS错误为Vs错误，以产生所需要的脉冲，以对逆变器开关进行调制，从而恢复负载电压6。空间矢量脉宽调制是针对逆变器开关的，因为它很容易用DSP编程，并充分利用了直流母线电压5。3 仿真结果使用PSCAD进行了控制算法的仿真。三相均衡电压跌落和电压暴增的模拟结果分别如图2和图3所示。DVR的控制策略设计使用了开环控制算法。仿真结果清楚地表明，该控制策略设计是能够成功补偿三相均衡下垂。此外，它也能补偿电压暴增。这清楚地表明，该控制算法是工作所希望的。4 DSP实现该程序使用德州仪器eZdspTMSF2812电路板，TMS320F2812A芯片。TMS320F2812是德州仪器的新一

6、代控制器，主频为150MHZ。该装置基于一个32位的DSP核心，闪存性能为150MSPS，在一个6.67ns周期里为32x32bit MAC。这些DSP还特有的在芯片上配备了大量快速闪存，因此代码可以在无需增加昂贵的外部闪存的情况下来执行。该芯片的另一大优势是，该设备中内置有多种控制和通讯外设，真正实现了单芯片设计。速度和该DSP的特性，使其成为DVR的数字控制实现的最佳选择。在这个项目中，A / D转换和控制算法采用DSP实现，其中包括软件锁相环检测空间矢量脉宽调制的角度和产生。控制算法的流程图如图4所示。图4 DVR控制算法流程图5实验装置DVR实验室样机的电源和负载之间的接线方框图视于图

7、5。框图也说明了该项目的实验测试设置。接入的三相电源电压（415V）供给到电压暂降发生器单元。电压跌落发生器单元的输出端连接到-Y隔离变压器。该DVR通过三个系列注入变压器向系统注入有功和无功功率。注射的有功功率从铅酸电池组中获得。图5 DVR实验室样机方框图A DVR样机单元DVR样机单元包括：1） 信号采集、调理和限制板2） 指示及保护3） 直流电源4） DVR电源电路5） DSP到DVR的接口DVR样机的输入和输出的信号流示于图6。该DVR通过传感器板采集三相电压信号。信号通过电平转换器电路板被衰减和偏移以满足DSP模拟输入端口的电压电平。该信号通过DSP模拟端口防护板缓冲并送入DSP的

8、模拟端口。这是为了保护DSP不受到任何过电压，因为过电压会损坏敏感的DSP。DSP将通过脉冲放大器板的数字端口来处理采样电压信号并输出六数字PWM脉冲。图6 DVR样机的输入和输出信号流程框图脉冲功放板用于将数字信号提升到VSC所需的电压电平。VSC将合成电压跌落补偿所需的三相输出电压。线电流和被电压和独立地监视，用来保护VSC不受损坏。电流被馈到故障电流检测器板，并与预置参考值进行比较。如果电流超过参考范围，一系列表示故障的脉冲将通过故障指示板指示出来。故障指示灯电路板也从VSC接收错误信。如果存在任何错误条件，则它会通过EN端脉冲放大板向发送一个禁止信号，来禁用VSC。这抑制了PWM脉冲到

9、达VSC和向系统注入零序电压。直流电源单元提供TTL，CMOS，运算放大器和所述换能器上的电压。本任务使用一个封闭型（MW）T-120C三路输出开关电源。B DVR电源电路1） 电压源换流器2）串联注入变压器3）能量储存4）谐波滤波电容5）直流母线电容器1） 电压源换流器VSC的电压，电流和功率额定值取决于需要被补偿的电压跌落的量。设计DVR样机以补偿50的三相跌落。该控制策略中，串联注入变压器的匝数比和绕组配置，数字PWM调制方式及电压降决定了VSC的额定电压。本方案中，所需最大注入电压等于120Vrms，并且VSC选择赛米控智能集成系统3(SKiiP3) 5 13 G D 1 2 2 -

10、3 DU L。该SKiiP3是一个集成了功率半导体开关、散热片和带有保护和监控电路的栅极驱动器单元的功率半导体子系统。2） 串联注入变压器该串联注入变压器匝数比的选择应刚好足以刺激VSC输出电压来补偿设计所要求的50的电压跌落。该VSC可以提供至少60Vrms，因此变压器被配置为Delta-Open，其匝数比：3） 能量储存能量存储需要在电压暂降的过程中支持负载。它必须能够提供本设计中通过跌落期足够的电阻。因为需要高容量来实现这个比率，样机能量储存使用铅酸电池。能量存储按最坏情况来确定，此时发生平衡三相跌落并且负载功率因数统一。该样机串联九个12V, 40Ah电池，以满足设计需要。4） 谐波滤

11、波电容VSC的输出电压由基波分量的以及开关谐波组成。从负载和电源得到的有用基本组件是需要的，不想要的开关谐波被过滤了。所选择的滤波器是一个简单的无源LC过滤器，被放置在低电压侧或VSC的输出侧。放置在低电压侧的优点在于防止高次谐波电流渗入串联变压器，从而减少了对变压器的电压应力。模态滤波器的模型示于图 7。图7 谐波滤波器模型变压器电感LT被用作滤波器电感，初始电感为103mH。滤波电容CF的从下式求出：5） 直流母线电容器直流母线电容器用于过滤那些可能出现在VSC的直流母线电压的纹波电压。VSC和基波分量输出电压的开关动作出现在直流链路电压纹波。一个20.84mF的电解电容器用于滤除纹波。6 实验结果模拟的未过滤线电压（Vab，Vbc的和Vca）示于图8。该实验未经滤波的线与线之间的电压Vab，Vbc的和Vca示于图9。该结果清楚地表明，该逆变器输出的模拟结果与实验结果完全匹配。这清楚地表明，编程控制策略按预期方式工作，并进一步验证控制策略正在按要求工作，测量非故障状态和故障状态的喷射电压、电源电压和负载测量。这两种情况视于图10和图11。图8采用SVPWM 的模拟线电压（未过滤）图9 采用SVPWM的实验线电压（未过滤）图10 没有