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研究表明配電系統中90％以上的擾動都是由電壓降低引起的，常用的低壓補償技術無論是變電站的集中補償、用戶的分散補償，還是桿上補償，基本上都是采用成組電容器／電感等能量存儲設備，造價都比較高。 本文介紹配電系統中針對重要用戶的一種新型電壓補償器，即在用戶自耦變壓器中加裝PWM AC—AC變換器，通過換流技術來驅動AC—AC變換器。當擾動發生使得電壓降低時，本裝置能提升電壓，保持負荷端電壓為額定值。在設計中沒有使用諸如成組電容器／電感等這些儲能元件，造價低且響應速度快。 1 設計方案 圖1所示為本設計方案的單相結構圖。對電壓的補償是通過迭加電壓Vc來實現的，而Vc由PWM AC—AC變換器模塊提供。當系統正常運行時，PWM AC—AC變換器的電子開關作為旁路開關，給電壓提供一個通路，將電壓Vs直接加到負荷上。此時，電壓Vc為O。當電源電壓Vs出現擾動時，PWM斬波電路以高頻閉合，產生適當的電壓Vc迭加到電源電壓上以維持負荷電壓恒定。而當電源側電壓恢復正常時，斬波電路又回到旁路方式。 2 理論分析 由式(6)可知，當匝數比N2／N1為1時，電壓補償度可達50％，這種方式可在實際中采用，因為當匝數比增加到2時，補償度又增加了16．66％。 3 電路實現 電壓補償控制模塊如圖3所示，根據系統控制對象的特點，從模塊化及數字化的角度出發，選取數字化控制芯片TMS320LF2407，設計基于DSP的PWM實現方式。 PWM AC—AC變換器的拓撲結構如圖4所示。變換器輸出電壓Vc由式(3)給出。圖4所示的變換器由4個IGBT(S1a，S1b，S2a，S2b)組成，通過操作開關S1a，S1b，S2a，S2b的開／關方式，可使變換器在正確操作時輸出電壓Vc與Vs同相。當電網電壓正常時，開關S1a，S1b保持閉合，S2a，S2b保持開斷，因而變換器輸出電壓Vc為0，負荷電壓VL等于Vs。這種操作方式稱為旁路方式，此時電源功率直接傳輸給用戶，自耦變壓器處于開路狀態(即只吸收勵磁電流)。而當電網電壓降低時，變換器的開關S1(S1a，S1b)和S2(S2a，S2b)按(5)式所示的負載周期D動作，此時的負荷電壓VL就等于Vc+Vs。 IGBT元件是通過合適的門信號方式驅動，這種控制技術可有效地降低開關時的損耗，省去緩沖電路。圖4所示的電路可使傳統的IGBT模塊在變換器中得到廣泛應用。圖1所示的設計方案(單相)可推廣到三相系統(無論有無中性點)，如圖5所示。通過各個PWM變換器模塊，各相可獨立控制。 4 結 語 在正常工作狀況下，PWM變換器工作在旁路方式，電源功率直接傳輸給負荷，自耦變壓器只吸收勵磁電流。而當電壓降低時，變換器將電壓Vc迭加(補償)上去，同時通過自耦變壓器增加一定的輸出功率。所以在本設計中變壓器的選擇主要取決于暫態過程*率變化的能力。本裝置能很方便地集成到對重要負荷供電的配電變壓器中。選用圖4所示的變換器，在各種不同的電壓降落下來驗證三相系統的情況。當一個配電網絡電源單相電壓或者三相電壓均發生了30％的降低，在加了補償后可維持負荷電壓保持恒定。 |
