摘 要

随着电力电子技术的广泛应用和飞速发展，现代电能质量问题越来越严重，用户对现代电能质量的要求也越来越高，因此，能抑制电网电压波动，从而保证用户电能质量的各种补偿装置也得到了迅猛发展。据研究表明，在各种电能质量问题中，电压跌落占了百分之八十，尤为严重，在各种电能质量问题中带来的经济损失也是最为严重的。动态电压恢复器（DVR）作为最高效、经济的治理电压跌落的电力电子装置，成为近年来国内外的电能质量控制邻域的研究热点。快速准确的对电压跌落进行补偿是实现DVR有效补偿的重要条件。因此，对电压跌落补偿策略的研究具有重要的理论和现实意义。

本文介绍了DVR的工作原理和其主电路的拓扑典型结构及几个主要的功能单元，分别对每一个单元的功能和优缺点进行了详细的介绍，在此基础上设计了自己的DVR的主电路拓扑结构；对DVR主要的检测算法、控制算法和补偿策略进行了详细的说明，指出其中的优缺点，在此基础上提出了自己的方案，由于电压同相位补偿法无法准确的补偿到跌落电压相位的变化，因此，本文提出了采用软件锁相环的技术锁定电压的相位变化，从而为补偿策略提供准确的相角变化。软件锁相环基于瞬时无功理论，其原理是先将三相输入电变成经过3-2变换，再经pq变换，锁相环输出的角度q*就是变换所用的角度，经过PI积分环节后得到最终的相位。

本文采用了复合控制算法，复合控制算法具有良好的动态响应特性，提高了系统的稳定性，既弥补了前馈控制算法和反馈控制算法的不足之处，又兼备了两者的优点，在工程应用中得到了广泛是应用；文章采用了基于瞬时无功理论的dq变换法，该方法相对其它方法更加灵活，精度也更高，补偿电压的产生也更加方便，因此其应用也是最广泛的；基于PSCAD仿真平台，搭建了DVR接入低压电网的仿真模型，进行了大量的仿真验证，分别设定了不同的电压跌落深度和电压跌落持续的时间，得到了的仿真曲线验证了该理论的可行之处。

关键词：动态电压恢复器；电压跌落；软件锁相环；控制算法

Abstract

With the wide application and rapid development of power electronic technology, modern power quality problems are becoming more and more serious, the user to the quality of modern electrical requirements are increasingly high, therefore, can suppress voltage fluctuations, so as to ensure that all users of power quality compensation device has got rapid development. According to the research shows that in all kinds of electric can the quality problem, the voltage drop accounted for eighty percent, especially in all kinds of power quality problem in the economic loss is the most serious. The dynamic voltage restorer (DVR) as the most efficient electric power electronic device, pressure drop of the governance of the economy, in recent years at home and abroad power quality control o The fast and accurate compensation of voltage sags is an important condition to realize the effective compensation of DVR. Therefore, the study of voltage sag compensation strategy has important theoretical and practical significance

This paper introduces the working principle of DVR and the function unit of the main circuit topology structure and several major, separately for each unit of the function and the advantages and disadvantages are introduced in detail, on the basis of the design of the main circuit topology of their DVR; the DVR detection method, control algorithm and the compensation strategies are described in detail, pointed out the advantages and disadvantages of them, put forward on the basis of their own plan, because the voltage with phase compensation method can not accurately compensate the change of voltage sag phase so that the proposed phase change using software PLL technology lock voltage, so as to raise compensation strategy For the angle change accurately. The software phase-locked loop based on the theory of instantaneous reactive power, its principle is the first electricity into the three-phase input after the 3-2 transform, the PQ transform, the PLL output angle is q* transform angle, through the PI integral part of the final phase.

This paper adopts a composite control algorithm, compound control algorithm has good dynamic characteristics, improve the stability of the system, which makes up for deficiencies in the feedback feedforward control algorithm and control algorithm, and combines the advantages of both, in engineering application is widely application; using the method of dq transform, the instantaneous reactive power theory based on this method is more flexible compared with other methods, the precision is higher, the compensation voltage generation is also more convenient, so its application is the

most widely used; based on PSCAD simulation platform, build a simulation model of DVR access low-voltage electric network, a large number of simulation, respectively set the With the voltage drop of voltage sag depth and the duration of the simulation curve has been proved feasible in the theory.

Keywords: Dynamic Voltage Restorer； drop ；control algorithm ；software PLL

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 电压跌落问题 1

1.2.1 电压跌落的定义 1

1.2.2 电压跌落原因及危害 2

1.2.3电压跌落抑制措施 2

1.3 DVR研究现状 3

1.4 本文主要工作 3

第2章 DVR的工作原理及拓扑结构 5

2.1 DVR工作原理 5

2.2 DVR主电路结构 6

2.2.1 储能单元 6

2.2.2 逆变单元 7

2.2.3 滤波单元 8

2.2.4 串联变压器 9

2.3 电压补偿策略 10

2.4 电压控制策略 12

第3章 电压跌落检测算法的研究 14

3.1几种简单检测算法的概述 14

3.2 基于瞬时无功理论的dq坐标变换法 16

3.2.1 三相电压跌落检测 16

3.2.2 单相电压跌落检测 16

3.3 基于软件锁相环的改进坐标变换法 17

第4章 DVR的设计及仿真分析 19

4.1 本文设计的DVR 19

4.2 本文设计的控制策略 20

4.3 仿真分析 20

第5章 总结与期望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪 论

1.1 课题背景与意义

作为现代最清洁、高效、使用最方便的二次能源之一，电能已经成为现代生活中不可或缺的能源。首先，电能安全、经济，与人们的生活紧密相连；其次，电能应用广泛，极大的促进了社会生产发展、科学的进步；另外电能污染小，满足社会可持续发展的需求，空前的改善了人类的生存环境。随着电能的广泛使用，越来越多的电力电子器件对电能质量的要求也越来越高，如航空航天、医院、交通、建筑等领域的极精密的仪器设备对安全可靠的电能的要求也日渐提高。

对电能质量的定义，目前国际上还没有形成一个统一的意识。国际电工委员会（IEC）、美国电气和电子工程师协会(IEEE)从电压水平和连续性两个方面来对电能质量进行描述，电压水平是指电压维持在固定范围内的程度，连续性是指用户可持续使用电能的程度。一般而言，电能质量是指能够提供优质的用电，包含了以下几个方面：电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电压质量是用理想和实际电压之间的差值来反映供电部门所提供的电是否合格；电流质量：指用户要求电流和电压是同一相位，并且要保证是正弦波和固定的频率，以此保证电力系统运行在高功率因素的状态；供电质量：包含了非技术和技术两个方面含义。技术含义指供电可靠和电压质量；非技术含义特指服务水平，包括电力价格和有关电力部门对用户所提出的要求的反应速度等等；用电质量由非技术含义和电流质量两个方面。非技术含义指用户能否按时、如数的缴纳费用等。国内外大量数据统计表明，电能质量问题会导致许多危害，比如导致设备不正常工作、计算机自动复位、设备功效降低、过热乃至烧毁，电容器高压击穿损坏、功率因数大幅下降、电力损耗过多等等。其中尤以电压跌落最为严重，带来的经济损失最大，该现象引起了有关电力部门的高度重视，促使其采取相关措施，保证供电可靠。

1.2 电压跌落问题

1.2.1 电压跌落的定义

电压跌落，又称电压暂降或者电压凹陷。其描述的是电压有效值在短时间内突然下降然后又回升到正常值附近的一种现象。IEEE定义为供电电压有效值快速下降到额定值的90%～10%，然后回升至正常值附近；而国际电工委员会（IEC）则将其定义为下降到额定值的90%～1%，持续时间为10ms～1min。通常从三个方面来描述电压跌落，即跌落幅值、持续时间和相角跳变。跌落幅值反映电压下降的程度，这是描述电压跌落的一个重要特征量。当系统发生三相不对称跌落时，可以用基波电压的正序分量有效值来表示；持续时间是指从电压跌落到恢复这一过程所消耗的时间，实际检测装置需要检测出这一时间，以便于后续的补偿工作；相角跳变指由于系统和线路中的电阻与电抗的比值不同而导致电压跌落时相角发生跳变，目前可以利用锁相环这一技术来锁定相角的跳变。

1.2.2 电压跌落原因及危害

原因：电压跌落一般是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。常见的原因有：一)短路故障；二)雷击；三)开关操作；四)变压器和电容器投切；五)大功率感应电机的启动。

当线路中的电流短时间内远远超过了正常电流，必然导致电压低于正常电压。往往是短路故障引起了电路中出现了瞬间大电流。当电流急剧增大，电压骤降时，电路中是保护装置（断路器等）会马上进入工作，切除或者隔离故障点，使得电压得以恢复，这便是形成短暂电压骤降的过程。另外，电力公司的设备故障、气候条件（雷击、大风等）、交通事故、动植物等都有可能引起电网侧电压骤降。据调查显示，雷电是现实中导致电压跌落的一个重要原因。另外，用户内部负荷的接入和线路故障导致电压跌落占所有电压跌落的一半以上。