动态电压恢复器的锁相与控制策略研究

随着现代企业的发展以及大量敏感性用电设备的应用,电压跌落已经成为电能质量中的一个显著问题。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer,简称DVR)则被认为是解决电压跌落、系统谐波以及三相电网不平衡等动态和稳态电能质量问题的最有效的方式。在DVR的整个控制流程中,DVR的锁相部分与控制部分是两个非常重要的环节,本文将着重对其进行研究。 本文首先介绍了DVR的工作原理和基本结构,并对DVR的几种常用的拓扑结构以及DVR主电路中的关键环节逆变器的几种结构从性能、成本等方面进行了详细地对比和分析。 锁相技术作为众多电力电子装置中的共用技术,本文对其进行了深入的研究和总结。从开环控制与闭环控制的角度进行分类,并详细分析了基于自适应原理的闭环软件锁相方法和基于同步坐标系的三种闭环控制软件锁相方法的优缺点及使用范围,通过大量的仿真和实验研究进行验证,并从DVR的实际要求出发选择基于双同步坐标系的解耦软件锁相方法作为本文DVR的锁相方案。 建立了DVR的等效电路以及数学模型,针对前馈控制策略存在的缺点,结合传统的双环复合控制策略,本文对复合控制策略进行了改进,引入了基于负载电压瞬时值反馈和电感电流反馈以及直流电压前馈的双环复合控制策略。根据自动控制原理的相关理论,得出系统的稳定裕度和动态特性指标,证明了本文采用的复合控制策略具有更好的稳定性,动态性能以及负载适应性。并通过根轨迹法对双环复合控制策略的调节器参数进行了详细的设计。最后利用仿真实验进一步证明了理论分析的正确性。 论文完成了3KVA的电网电压模拟装置和DVR实验室样机的研制,并进行了逆变器独立运行实验,锁相环实验,电网电压模拟实验以及纯阻性负载情况下DVR装置对于三相平衡电压跌落、不平衡电压跌落以及电网电压谐波问题的补偿实验。实验结果与仿真吻合,验证了系统设计的合理性。