An optimized compensation strategy of DVR for micro-grid voltage sag

Owing to various characteristics of the voltage sag, it is difficult to satisfy requirements of compensation quality and time by using single compensation method. Furthermore, high-power consumption of the phase jump compensation increases the size and cost of a dynamic voltage restorer (DVR). In order to improve the compensating efficiency of DVR, an optimized compensation strategy is proposed for voltage sag of micro-grid caused by interconnection and sensitive loads. Firstly, the power flow and the maximum compensation time of DVR are analyzed using three basic compensation strategies. Then, the phase jump is corrected by pre-sag compensation. And, a quadratic transition curve, which involves the injected voltage phases of pre-sag strategy and minimum energy strategy, is used to transform pre-sag compensation to minimum energy compensation of DVR. The transition utilizes the storage system to reduce the rate of discharge. As a result, the proposed strategy increases the supporting time for long voltage sags. The analytical study shows that the presented method significantly increases compensation time of DVR. The simulation results performed by MATLAB/SIMULINK also confirm the effectiveness of the proposed method.     

一种补偿电网电压凹陷的DVR优化补偿策略

针对电网中敏感负荷引起的电压凹陷问题,以及提高动态电压恢复器(DVR)的补偿质量,提出了一种优化的综合补偿策略。首先,详细分析了DVR三种基本控制策略的补偿电压与功率流动,推导出最大跌落支持时间;然后,提出了一种跌落前补偿向最小能量补偿过渡的优化综合补偿策略,利用一次过渡曲线将跌落前补偿的电压幅值与相角逐渐过渡到最小能量补偿的值,物理意义明确,减小电压相位跳变的同时增加补偿时间。算例分析结果表明,该法较单一补偿方法显著增加了DVR的补偿时间。仿真结果验证了该方法的有效性。     

动态电压恢复器的时间优化补偿策略研究

动态电压恢复器（DVR）是缓解电压跌落问题最经济、有效的用户电力装置,它的补偿能力指标是持续补偿时间。以补偿电压跌落时DVR装置的最大持续补偿时间为控制目标,通过调整负荷电压超前跌落电网电压的相位角β,提出一种新的时间优化补偿策略。为减轻DVR运行时对负荷的扰动,使补偿开始和结束的暂态过程更平稳,新策略采取了β按恒定步长Δβ缓慢变化的控制方法,并根据DVR装置的T-β曲线,通过判断特定量符号决定β角的补偿方向。此种β角控制方法避免直接求解β的最优解,计算量小。仿真结果证明,新策略能获得比最小能量补偿策略更长的DVR持续补偿时间,有效利用了DVR的直流母线储能。     

A comprehensive review of dynamic voltage restorers

During the last half century the Power Quality (PQ) related problems have become important issues. Many solutions have been proposed to address the PQ problems. The most attractive and flexible way is to use power electronic converter based devices such as Dynamic Voltage Restorer (DVR), Distribution Static Compensator (DSTATCOM), Unified Power Quality Conditioner (UPQC), Uninterruptible Power Supply (UPS), and other devices usually called custom power devices. Among custom power devices, the DVR is the most economical solution to overcome the voltage-related PQ problems. Intensive research has been done in the field of DVR and the field is rather mature now. But, a survey on the published papers showed that there is not any published paper that reviews the DVR technology. This paper tends to provide a comprehensive review on the DVR topologies, control strategies and applications. We will consider all of the fast voltage compensators, i.e. the devices called Static Series Compensator (SSC), sag corrector, Dynamic Sag Corrector (DySC), and other similar devices are also considered. All of these devices will be called DVR since they operate almost in the same way. Some comparative conclusions are also provided. This paper can be beneficial for the researchers and engineers, who want to do investigations on DVRs.     

基于多重比例谐振的动态电压恢复器谐波补偿策略

针对动态电压恢复器在单相电压补偿过程中基波电压提取和谐波补偿的问题,提出一种基于多重比例谐振的控制策略。在动态电压恢复器数学模型的基础上,分析脉冲响应不变法和双线性变换法对比例谐振控制器的离散化效果,以提升系统数字控制的运算性能。在保证系统动态电压补偿特性的同时,讨论电网基波电压提取的改进方法和多重比例谐振调节对指定次电压谐波的补偿策略,并分析控制器参数对系统性能的影响。搭建10 k W的实验平台进行实验验证,结果证明该方法易于实现并具有良好的基波提取效果和谐波抑制能力。     

线电压补偿型动态电压恢复器的双前馈加反馈控制策略

基于线电压补偿的三相动态电压恢复器(DVR),介绍了一种线电压的补偿方法.以单相DVR为例,建立了DVR的数学模型,在此基础上综合分析各种控制策略下的系统传递函数.由分析可知在电网电压和负载电流的影响下,系统始终存在稳态误差.为此提出电网电压加负载电流双前馈和负载电压反馈的复合控制方法,既保持动态响应快速性和系统稳定性...     

设备侧电压暂降严重程度评估方法研究

综合考虑ITIC曲线、SEMI曲线和C4.110工作组提出的敏感设备耐受曲线,基于严重程度函数单调性和连续性的实际分布特征,分别建立了单相、两相和三相电压暂降影响度函数;在此基础上考虑电压暂降非矩形实测波形,利用多暂降阈值描述改进影响度函数,从而提出了一种考虑电压暂降类型与多暂降阈值描述的多暂降阈值设备侧电压暂降严重程度评估方法,该评估指标综合考虑设备耐受曲线及电压暂降事件的持续时间、暂降幅值、暂降类型和暂降波形评估严重程度。实例分析验证了所提方法的正确性。     

A pulsed power supply with sag compensation using controlled gradational voltage

A pulsed power supply with sag compensation using controlled gradational voltage to increase the flatness of output waveforms has been developed. The sag compensation circuit consists of compensation units connected in series. Each compensation unit consists of capacitances, diodes, and semiconductor switches. The capacitances of each unit are charged with different voltages by 2ⁿ(V₀,2V₀,4V₀,…). The compensation voltage, which has 2ⁿ?1 steps, is generated by switching the semiconductor switches of each unit in a binary sequence. Using this method, compensation voltage waveforms up to 6.2 kV with 31 steps can be obtained with five compensation units. The sag compensation circuit has been adapted to a direct switch‐type pulsed power supply, which generates 7 kV pulsed voltage with a pulse width of 700µs, thus realizing sag compensation. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(4): 54–63, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20017     

基于超级电容器储能的电压暂降补偿分析

就动态电压恢复器和配电静止同步补偿器对电压暂降的补偿技术进行了详细的计算分析，分别通过注入最小电压和注入最小电流确定了装置的最小补偿容量，从而方便装置的设计和控制。同时分析表明，在考虑极端情况即没有超级电容器储能单元时，电压暂降的补偿并不总能实现，因此采用超级电容器作为储能单元的动态电压恢复器和配电静止同步补偿器在提高电能质量方面有重要作用。     

不对称电压跌落下考虑场景区分的逆变型分布式电源控制策略研究

逆变型分布式电源(Inverter-Interfaced Distributed Generation, IIDG)在电网电压跌落时可能存在电流越限、切机等风险,进而影响其自身和系统的安全稳定运行。对此,提出一种考虑不同运行场景的IIDG控制策略。首先,以相电压幅值为约束条件,构建了基于正序分量的电压支撑方程,实现了正序电压的最大化支撑。其次,为保证逆变器在安全的前提下充分利用自身容量,提出一种考虑电压跌落程度和IIDG有功出力大小的场景区分方法。然后,根据不同场景下的电流注入模式和控制目标推导参考电流,使IIDG兼具电压支撑、电流限幅能力。同时,通过输出有功功率和负序无功功率,提升了系统稳定性,降低了电压不平衡度。最后,基于Matlab/Simulink搭建了含IIDG的仿真模型,算例结果验证了所提策略的有效性。     

一种适用于单相电压的改进电压暂降检测算法

针对目前电压暂降检测方法存在的的精确性低、实时性较差的缺点,提出了一种基于改进dq变换与顺序形态滤波器相结合的暂降检测新方法。研究论述了改进dq变换用于电压暂降检测的算法基本原理,介绍了顺序形态学概念,并由此基础设计了形态学滤波器,同时阐述了滤波器参数的选取方法。通过设置不同的信噪比与超前角度,仿真论证了新方法在理想条件和非理想条件下的暂降检测效果,并与传统方法进行了比较和分析。证明了新方法可以更高效精确地检测到暂降的特征值和起止时间。     

电压瞬时跌落时矩阵变换器控制策略优化

为了解决矩阵变换器(MC)输出电压波形受电网电压瞬时跌落影响的问题,提出了一种针对MC的新型前馈补偿控制。主要功能是根据电网电压变化实时改变调制系数m补偿输出电压波动、减少谐波含量。论文的创新点是在前馈补偿的基础上添加一种电流控制,提高控制精度。最后在输入电压瞬时跌落的情况下,应用Matlab/Simulink软件对MC优化策略进行仿真研究。结果表明该优化策略有效的抑制输出谐波、改善输出电压质量。     

风力发电用电压跌落发生器研究综述

为测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。鉴于此,对国内外现有风力发电用电压跌落发生器(VSG)的研究进行了详细的总结,论述了3种形式的VSG实现方法,阻抗形式VSG通过在主电路中并联或串联阻抗模拟电压跌落,变压器形式VSG以变压器组合或中心抽头变压器切换方式模拟电压跌落,电力电子变换形式VSG使用半导体功率器件模拟各种电压跌落类型,功能强大;并对各种方法的工作原理和实现方法进行了分析,对各自的优缺点进行了对比。变压器形式VSG具有结构简单、可靠性高和成本较低的优势,目前使用较多,电力电子变换形式的VSG因其体积小、便于携带和强大的功能,将会得到越来越多的应用。     

不对称故障下考虑电压跌落程度的新能源逆变器控制策略

电网发生不对称故障会影响新能源并网系统可靠运行,严重情况下还会存在切机风险。针对上述问题,提出一种不对称故障下考虑电压跌落程度的电压支撑策略。首先根据逆变器在不对称故障下的输出特性,分析了对公共连接点(point of common coupling, PCC)电压的支撑原理。然后推导了任意不对称故障下PCC电压幅值的通式,进而分析了改变无功电流注入方式的临界点。最后在上述基础上,以逆变器输出电流峰值和已利用容量为约束条件,分别对3种典型的不对称故障进行了分析。确定了每种故障在不同电压跌落阶段的最优无功电流,并推导了各电压跌落阶段的电流参考值计算公式。仿真验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

一种基于派克变换的电压跌落检测改进离散算法

以派克变换为基础,提出一种数字化的实时检测电压跌落的新算法,用复化积分提高检测直流分量的计算精度,该方法不仅能实时检测电压跌落的幅值、持续时间和相位跳变信息,还能实时提供动态电压恢复器所需的电压补偿指令信号。采用Matlab对电压跌落检测算法进行仿真。仿真结果表明该方法检测结果稳定,具有很高的计算精度。     

基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置

为实现全网任意位置电压暂降可观测,提出一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法。首先根据电压暂降幅值解析式,利用黄金分割法搜索故障位置在各线路变化时节点的最小暂降幅值;进而根据电压阈值确立可观测域,构建出计及各种短路故障情形的最恶劣可观测矩阵。最后以系统内监测点数目最少为目标,全网任意位置电压暂降可观测为约束,建立电压暂降监测点优化配置模型。在构造电压暂降可观测矩阵的计算中,考虑了系统最恶劣电压暂降情形,避免了监测盲区。并且通过对IEEE 30节点系统的仿真计算证明了该方法的有效性。     

一种考虑冗余度的电压暂降工业过程中断概率评估方法

文章采用“设备级→环节级→过程级”三级评估方法,对电压暂降引起工业过程中断的概率与频次进行评估。根据设备电压耐受曲线及其不确定区域,建立设备电压暂降故障概率评估模型,为减小评估误差,提出了电压暂降规范化方法。根据环节各物理参数的过程抗扰时间与相关设备最小重启时间,准确量化环节各物理参数冗余度,并以此修正相关设备的故障概率。根据设备作用以及设备之间的连接方式确定环节的结构并计算环节中断概率。通过引入层次分析法中权重系数的计算方法,计算各环节权重系数,结合环节中断概率计算工业过程电压暂降中断概率。实例分析结果验证了所提模型的正确性和可行性。     

不对称电压跌落下分布式新能源多目标主动控制策略研究

在电网电压不平衡跌落下,分布式新能源面临多控制目标缺乏协调、控制策略复杂等问题,严重情况下导致切机,影响电网稳定运行。对此,充分考虑电压跌落场景,提出了一种不对称电压跌落下新能源多目标主动控制策略。首先,充分考虑电网阻抗对于电压的影响,建立了不对称电压跌落下的逆变器正负序电压支撑方程,实现了对相电压的灵活控制。其次,提出了不对称电压跌落下多个新能源控制目标,并建立了基于正负序有功和无功电流的控制目标方程。在此基础上,深入分析多控制目标相互制约机理,并根据电压跌落程度优化控制目标,构建不同场景下的目标函数与约束条件。最后,利用Fmincon优化算法,实现并网逆变器在不对称电压跌落下的多目标优化控制。利用Matlab/Simulink仿真平台,验证了该方法在不同电压跌落场景下的有效性。     

基于飞轮储能的动态电压恢复器补偿策略的研究

针对目前无储能装置动态电压恢复器(DVR)的不足,研究了基于飞轮储能的新型DVR系统。文中介绍了系统的拓扑结构和工作原理;结合飞轮储能装置的特点对补偿策略进行了分析比较,指出综合补偿策略在考虑注入补偿电压能力的同时,优化了DVR与电网的能量交换过程,延长了有效补偿时间;为了克服以往综合补偿策略在求解相量角α时计算量大和不考虑能量倒灌的缺点,通过对输出有功功率-相量角(PDVR-α)曲线和视在功率-相量角(SDVR-α)曲线的分析,提出了一种新型的α求解方法;仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于动态时间弯曲距离的电压暂降源辨识方法

为了实现对各类型电压暂降源的准确辨识,从波形相似性检测的角度提出了一种基于动态时间弯曲距离的电压暂降源辨识方法。通过仿真模型分析了基本电压暂降和经不同类型变压器传播后各类暂降的波性特征,构建了电压暂降类型与暂降原因及变压器类型的映射关系。利用9种电压暂降波形数据构建匹配库,采用动态时间弯曲距离法将实测的电压暂降波形数据与匹配库波形数据进行匹配分析,实现电压暂降源的辨识。仿真分析的结果表明,该方法能够对电网中出现的各种类型电压暂降进行辨识,具有较高的准确性和有效性,满足工程应用的需求。