基于PWM AC-AC变换的电压补偿器设计

出处：mesun 发布于：2010-05-28 16:59:45

　　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。