基于PWM AC-AC变换的电压补偿器设计

发布时间:2010-8-20 14:30    发布者:lavida
关键词: AC-AC , PWM , 电压补偿器
研究表明配电系统中90%以上的扰动都是由电压降低引起的,常用的低压补偿技术无论是变电站的集中补偿、用户的分散补偿,还是杆上补偿,基本上都是采用成组电容器/电感等能量存储设备,造价都比较高。  

本文介绍配电系统中针对重要用户的一种新型电压补偿器,即在用户自耦变压器中加装PWM AC—AC变换器,通过换流技术来驱动AC—AC变换器。当扰动发生使得电压降低时,本装置能提升电压,保持负荷端电压为额定值。在设计中没有使用诸如成组电容器/电感等这些储能元件,造价低且响应速度快。  

1 设计方案  

图1所示为本设计方案的单相结构图。对电压的补偿是通过迭加电压Vc来实现的,而Vc由PWM AC—AC变换器模块提供。当系统正常运行时,PWM AC—AC变换器的电子开关作为旁路开关,给电压提供一个通路,将电压Vs直接加到负荷上。此时,电压Vc为O。当电源电压Vs出现扰动时,PWM斩波电路以高频闭合,产生适当的电压Vc迭加到电源电压上以维持负荷电压恒定。而当电源侧电压恢复正常时,斩波电路又回到旁路方式。  


  
2 理论分析  





  
由式(6)可知,当匝数比N2/N1为1时,电压补偿度可达50%,这种方式可在实际中采用,因为当匝数比增加到2时,补偿度又增加了16.66%。  

3 电路实现  

电压补偿控制模块如图3所示,根据系统控制对象的特点,从模块化及数字化的角度出发,选取数字化控制芯片TMS320LF2407,设计基于DSP的PWM实现方式。  


  
PWM AC—AC变换器的拓扑结构如图4所示。变换器输出电压Vc由式(3)给出。图4所示的变换器由4个IGBT(S1a,S1b,S2a,S2b)组成,通过操作开关S1a,S1b,S2a,S2b的开/关方式,可使变换器在正确操作时输出电压Vc与Vs同相。当电网电压正常时,开关S1a,S1b保持闭合,S2a,S2b保持开断,因而变换器输出电压Vc为0,负荷电压VL等于Vs。这种操作方式称为旁路方式,此时电源功率直接传输给用户,自耦变压器处于开路状态(即只吸收励磁电流)。而当电网电压降低时,变换器的开关S1(S1a,S1b)和S2(S2a,S2b)按(5)式所示的负载周期D动作,此时的负荷电压VL就等于Vc+Vs。  


  
IGBT元件是通过合适的门信号方式驱动,这种控制技术可有效地降低开关时的损耗,省去缓冲电路。图4所示的电路可使传统的IGBT模块在变换器中得到广泛应用。图1所示的设计方案(单相)可推广到三相系统(无论有无中性点),如图5所示。通过各个PWM变换器模块,各相可独立控制。  


  
4 结 语  

在正常工作状况下,PWM变换器工作在旁路方式,电源功率直接传输给负荷,自耦变压器只吸收励磁电流。而当电压降低时,变换器将电压Vc迭加(补偿)上去,同时通过自耦变压器增加一定的输出功率。所以在本设计中变压器的选择主要取决于暂态过程*率变化的能力。本装置能很方便地集成到对重要负荷供电的配电变压器中。选用图4所示的变换器,在各种不同的电压降落下来验证三相系统的情况。当一个配电网络电源单相电压或者三相电压均发生了30%的降低,在加了补偿后可维持负荷电压保持恒定。
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