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变频调速装置抵御电能质量扰动分析

作者:尹忠东2009.08.31阅读 14290

当于在直流母线上增加一个负载而已,而充满电的SC使得直流母线电压非常平稳,设计上可以大大减小平波电容Cd的容量。
        2 原理及控制策略
        图1所示的ASD是基于IGBT的三相电压源逆变器,超级电容通过放电二极管连接到直流母线上。开关器件Sa~Sc构成ASD逆变器,由于设置了储能系统,可以在系统发生供电中断及电压暂降时,短时间内向负荷提供有功功率。
        由于不需要检测、计算电能质量扰动、电网电压同步等信号,因此控制策略上比较简单,即只需采样直流母线电压,判断其是否处于逆变器正常运行允许范围内,确定能否向负载提供电源。由DSP控制器自行产生电压指令,底层采用SPWM控制对逆变器开关器件控制信号进行调制。
        3 储能配置
 
;       超级电容储存的能量表示为:

超级电容储存的能量


        (1)
        式中www.cechina.cn,C为超级电容的电容值,Vsc为超级电容端电压。
        其对负荷提供恒定有功功率的持续时间表示为:

其对负荷提供恒定有功功率的持续时间


        (2)
        式中www.cechina.cn,PL为超级电容输出的恒定有功功率控制工程网版权所有,V1为超级电容初始端电压CONTROL ENGINEERING China版权所有,V2为维持正常工作的最低端电压。由式(2)可知,当超级电容释放储能的50%时,其端电压下降到初始电压的70%。因此根据特定负荷(PL)、断电后需要ASD维持供电时间(t)、故障初始时刻直流母线电压(V1)、逆变器正常工作需要的最小直流母线电压(V2)可以唯一确定超级电容的的容量值C。
        4 仿真与实验
        图2、图3分别为系统发生短时供电中断ASD运行的仿真、实验结果。我们研制了15kVA如图1所示的配置了超级电容储能的ASD装置,并进行了大量数字仿真及物理实验。仿真基于EMTDC/PSCAD。为了清楚地观察效果,超级电容容量取得较小,为5000

系统发生短时供电中断ASD运行的仿真


        图2 系统发生短时供电中断时控制工程网版权所有,ASD运行的仿真结果 上:系统A相电压(kV);中:负荷A相电压(kV);下:直流母线电压(kV)

系统发生短时供电中断ASD运行的仿真


        图3 系统发生短时供电中断时控制工程网版权所有,ASD运行的实验结果 上:负荷A相电压;下:系统A相电压

        可见在系统发生短时断电情况下,ASD仍然能够通过利用超级电容的储能维持逆变器的正常工作控制工程网版权所有,消除了短时供电中断对逆变器的影响,极大提高了供电可靠性。当然,对电压暂降等其他电能质量问题效果是一样的。图4为系统发生电压暂降时ASD运行的实验波形。

系统发生短时供电中断ASD运行的仿真


        图4 系统发生电压暂降时,ASD运行的实验结果 上:负荷A相电压;下:系统A相电压
        5 结 语
        论文提出了基于超级电容储能的ASD装置抵御电网电能质量扰动的实用方案。ASD采用AC-DC-AC模式,输入侧采用12脉动不控整流结构,一方面减小输入谐波电流,同时可以方便地提高直流母线电压,另一方面,多相整流的双整流器中点直接将上下直流电容电压钳位在整流输出电压,大大简化了中点电位的控制。超级电容模块接在直流母线上,在系统发生

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