MATLAB动态电压恢复器控制策略的研究(4)
2.1 DVR的结构和功能
DVR的基本拓扑结构按接入电网的方式分为有串联式和并联式两种，两种方式在系统结构上非常接近，但并联式装置通常不采用能量存储单元，只为系统提供无功功率，通过并联方式接入系统，装置并不直接补偿负荷电压，而是通过对无功电流的控制来实现电压调整，通常被称为静态无功发生器或静态补偿器，它通过发出或吸收无功电流来补偿有限的电压跌落。因此一般在介绍DVR的拓扑结构时并没有提到并联式DVR，不将其归为DVR装置中。所以一般所讲的DVR装置都是指串联式的。
串联补偿方式的DVR装置直接补偿电压的差值，具有补偿容量小、补偿效果与系统阻抗以及负荷功率因数无关等特点[9]。典型的DVR装置如图2-1所示，由直流储能单元，逆变器单元，串联变压器、滤波电路、检测电路和控制电路吹冰个部分组成，本章将分别说明各个组成单元的具体特点。
图 2-1 DVR原理图
DVR工作时，可等效为一个受控电压源，其单相等效电路如图2-2所示。
图2-2 DVR等效图
根据等效电路图，如果忽略线路阻抗和DVR的阻抗，可以得到：
(2-1)
为故障发生前负载上的电压， 为故障发生后的负载电压。从上式可出看出，偿电压是通过检测故障前负载上的电压和故障时的负载电压来产生的。
DVR具有以下功能[10]：
（1）消除电压波动。DVR通过向配电系统注入一个可连续改变的电压分量抵消电网电压的波动成分，从而消除配电系统中经常发生的电压跌落或电压上升等现象；
（2）限制故障电流。当馈线发生短路故障时，DVR可通过注入滞后于故障电流相位90°的电压分量以提高馈线的实际阻抗，达到限制故障电流的目的；
（3）减少电压谐波。DVR可通过向网络注入与电压谐波各次分量大小相等、方向相反的补偿电压以消除配电系统中电压谐波。
2.1.1 直流储能系统
DVR 的直流储能单元可以有两种形式：一种是直接采用储能元件；另一种是采用整流滤波方法直接从电网提供能量。
利用储能装置得到能量。这种储能方式中能量的流动完全可控，且能长时间保存，可靠性很高。目前的储能技术中比较实用的主要有蓄电池储能、超导磁储能、飞轮储能、超级电容器储能等。
若不用储能装置而采用整流单元由系统侧直接连续提供能量，这种称为可连续运行的动态电压恢复器(UDVR)，它可以一直对电源侧电压进行补偿，即可以克服储能装置的容量限制，使装置能够长时间工作。但是运行时容易产生谐波污染电网电流，使控制系统更复杂，同时这种方式在电压凹陷幅值较大的情况下将无法正常工[11]。
本文主要研究DVR的检测和控制策略，在仿真时力求做到简单而直接，故采用直流电压源代替直流储能单元，一方面简化电路结构，另一方面也可以提高DVR的容量。
2.1.2 逆变器单元
DVR一般是采用基于全控器件的PWM逆变器，由于已经选定的直流电压源是电源，所以逆变器选择电压型。
可以用在DVR中的三相逆变器主要有三相全桥逆变器、三相半桥逆变器和三个单相全桥结构三种。其中采用三个单相全桥在等效结构和三相全桥是一样的，只是所需的是三个直流单元而已，两种结构对DVR的影响基本相同，所以本文只分析结构更紧凑的三相全桥结构。三相全桥逆变器各相输出完全独立，可以补偿零序电压，但是所用功率器件较多。三相半桥逆变器结构简单，所需器件少，但是控制相对较复杂，而且很难补偿零序电压。另外，桥式逆变器都存在桥臂直通的问题，所以采用上述这两种桥式逆变器结构都需要可靠的桥臂保护措施[12]。