在配電傳輸系�(tǒng)�,電�(wǎng)電壓的瞬間擾動或者負載發(fā)生故障如短路等的時候,會對敏感負荷的支路電壓造成跌落,上升等問題;這種變化對諸�半導�制造業(yè)生產(chǎn)廠是非常致命�,每年由于電壓突將等問題造成的損失數(shù)以萬計。動�(tài)電壓恢復器主要以補償短時間的電壓跌落、上升為目的,它通過向配電系�(tǒng)串入一個電壓源來調(diào)節(jié)用戶端電壓質(zhì)量,以抑制配電系�(tǒng)的電壓擾動對敏感負荷的影��
1、輸入電壓:3Ф380V±20[%](三相四線)(允許短時跌�50[%]�
2、輸入電源頻率:40-70HZ
3、輸出電壓:3Ф380V±5[%](可設�)
4、穩(wěn)壓精度:±1[%]
5、主控元件:IGBT
6、補償方式: MPWM脈波寬度�(diào)變方�,逆變補償(內(nèi)置逆變器)
7、動�(tài)跟蹤補償時間�<1ms
8、諧波電壓補償:THD�2[%]
9、電壓調(diào)整方式:三相獨立�(diào)�,三相電壓自動平�
10、抗諧波干擾:在嚴重波形失真下能正常工作
11� 尖峰抑制:輸�4000V單脈�,輸出小�40V
12� 濾波性能�0.15M�10M,差�70�100dB,共模100dB
在電源和負載之間串聯(lián)一只補償變壓器,通過補償變壓器的初級線圈的逆變器向負載側提供同�、鎖�、幅值可變的補償電壓保持輸出電壓的穩(wěn)��
� DVR動態(tài)電壓恢復器原�
由于采用逆變器做動態(tài)補償、直流蓄能電源為逆變器提供能�,當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變或電壓跌落時,逆變器以小于1ms的速度進行補償。逆變器的PWM�(diào)制波的基準源為標準的正弦波,通過采集電壓波形與標準波進行比較,能有效補償電壓諧波,保證輸出電壓諧波含量(THD)小�3[%]�
1 引言
電能�(zhì)量問題已�(jīng)受到越來越多電力用戶和電力企�(yè)的關�,特別是對于一些重要負荷和對電能質(zhì)量高度敏感的負荷來說,保證電能質(zhì)量尤為重�。電能質(zhì)量問題的�(chǎn)生原因主要有兩個方面,一個是各種工業(yè)生產(chǎn)過程中的非線性原件的使用或投入產(chǎn)生系�(tǒng)故障;另一方面是由于惡劣的天氣條件,如雷擊、暴風雨�,以及外力對架空線和電纜的破壞等一些非供電部門人力所能及的因素,例如2008年初我國南方的凍雨天氣便引發(fā)了大面積的停電事�。這些電能�(zhì)量問題,如三相電壓不平衡、高次諧波以及長期的電壓過高或過低,電壓跌落�,會給廣大電力用戶造成巨大�(jīng)濟損失,形成了潛在的威脅[1]�
列舉了電壓質(zhì)量下降給一些電力用戶造成損失的實�,據(jù)國外�(tǒng)計一次幅值低�90[%],持�(xù)事件超過35ms的電壓驟降可造成半導體芯片工廠的直接損失約為100萬美�。國際上已經(jīng)有大量關于動�(tài)電壓�(zhì)量問題對各種用戶造成損失的研究報告[2][3]�
給出了電能質(zhì)量和化工工業(yè)的關�, 指出根據(jù)EPRI PEAC的統(tǒng)�,化工行�(yè)的一次電壓跌落造成的損失在50萬美�,國�(nèi)某化工工廠,由于電壓跌落導致接觸器脫�,催化爐停產(chǎn),導�?lián)p�1000多萬�。說明了電壓跌落, 波動,閃變和不平衡都會給生�(chǎn)企業(yè)帶來嚴重影響,并推薦采用DVR等方案來提高供電電壓�(zhì)量�
給出了常見的電壓�(zhì)量問題示意圖, 如圖1所�。并介紹了電壓跌落對一些生�(chǎn)部分可能�(chǎn)生的危害, 如表1所�。而DVR是一種用來保證電能質(zhì)量的設備,可以在毫秒級時間內(nèi)將電壓補償至正常�,全面綜合地提高配電電網(wǎng)電壓�(zhì)�, 對電�(wǎng)電壓的波�、跌落、浪涌和諧波進行補償,使負載上的電壓為穩(wěn)定純凈的正弦波電�, 保證負載端電壓良�� 因此,對于DVR的研�,已成為當前國內(nèi)外研究的熱點之一�
�1 幾種常見的電壓質(zhì)量問�
設備 電壓跌落造成的影響結�
冷卻控制� 當電壓低�80[%]�,控制器動作將制冷電機切�,導致巨大生�(chǎn)損失�
芯片測試儀 當電壓低�85[%]�,測試儀停止工作,芯片,主板被毀�
可編程控制器 早期的產(chǎn)品當電壓低于10[%]�,仍能持�(xù)工作300ms;新版產(chǎn)�,當電壓低于50[%]-60[%]時,PLC停止工作;而據(jù)2年后的另一篇參考文獻介�,當電壓低于81[%]�,PLC停止工作;一些I/O設備,當電壓低于90[%],持�(xù)時間僅幾十毫�,就會被切除�
機器� 由機器人控制對金屬部件進行�、切割等精密加工的機械工�,為保證�(chǎn)品質(zhì)量和安全,工作電壓幅值一般設�90[%],當電壓低于此�,持�(xù)時間超過40-60ms,被跳閘�
直流電機 當電壓低�80[%],直流電機被跳閘,每次損失達10000美元
變頻�(diào)速器 當電壓低�70[%]且持�(xù)時間超過120ms時被切除,而對于一些精細加工業(yè)中的電機,當電壓低于90[%]且持�(xù)時間超過60ms時,電機就會被跳閘而退出運��
電動機接觸器 有研究表�,當電壓低于50[%],持�(xù)時間超過20ms,接觸器就會脫扣;也有研究表�,當電壓低于70[%],甚至更高時,接觸器就會脫扣�
計算� 當電壓低�60[%],持�(xù)時間超過240ms時,計算機的工作將受到影�,比如產(chǎn)生數(shù)�(jù)丟失��
給出了一個DVR在制氧機上的應用實例,指出馬鞍山鋼鐵廠某制氧機安裝了DVR�,在2006�4�1日和4�8日兩次電壓跌落故障中均保持正常工�,而未安裝DVR的部分則出現(xiàn)了接觸器、計算機控制系統(tǒng)斷電的事�。由此可見安裝DVR是保證企�(yè)正常生產(chǎn)秩序,避免經(jīng)濟損失的有效方案�
2 幾種典型的DVR拓撲
介紹了DVR的基本工作原理如�2所�,DVR設備串聯(lián)于單相電路中,與電源相加起來一起給負載供電。DVR�(chǎn)生的電壓由PWM電壓源逆變器提供,逆變器由儲能單元供電,實際三相系�(tǒng)�,每相電壓的幅值和相角都可以單獨控制,從而保證了補償效果�
�2 單相DVR工作原理�
�3 級聯(lián)型中壓大功率DVR拓撲
給出了一種中壓大容量的DVR拓撲,指出對于大容量DVR場合來說,受電力電子器件的單個器件容量的限制,采用兩電平逆變器已�(jīng)不能滿足需�。而且隨著器件容量的增大其開關頻率越來越低,而開關頻率的降低同時會降低DVR的補償效�,所以將DVR用于大容量補償時就面臨著器件開關頻率和容量之間的矛盾。而基于單元串�(lián)的DVR結構則借鑒了高壓變頻器的一些方�,如器件串并�(lián)、多電平、多重化等,提高了DVR的容�,如�3所�,各補償單元的輸出經(jīng)過疊加后作為總的補償電壓,因此可以廣泛適用于中壓大容量場��
提出一種智能型動態(tài)電壓�(diào)節(jié)�,其原理如�4所�,主要分為機械旁路狀�(tài)和電子旁路狀�(tài)。當處于機械旁路狀�(tài)�,NJ0閉合,NJ1和NJ2斷開,DVR處于機械旁路狀�(tài),在這種工作狀�(tài)下,系統(tǒng)電源直接與敏感負荷相�,DVR未接入系�(tǒng),處于冷備用狀�(tài)。機械開關NJ0、NJ1和NJ2的開斷由控制器決�。當控制器檢測到裝置異常時,就會自動切換到機械旁路狀�(tài),保證負荷供電的安全;對于電子旁路狀�(tài),當NJ0斷開,NJ1和NJ2閉合的時�,DVR被串�(lián)接入系統(tǒng)�,此時控制器�(fā)出特定的觸發(fā)脈沖,使T1和T4的IGBT處于常開狀�(tài),T2和T3則處于常閉狀�(tài)(或四個器件開閉狀�(tài)相反�,則此時DVR處于電子旁路狀�(tài)。負荷通過T1、T4(或T2、T3)及其反并聯(lián)的二極管組成回路接到系統(tǒng)電源。電子旁路狀�(tài)是DVR接入系統(tǒng)后的工作常態(tài),此時DVR處于熱備用狀�(tài),在系統(tǒng)電源正常的情況下,IGBT器件每個工頻周期僅開斷一次,開關損耗很�,極大的降低了運行功�。而一旦控制器檢測到系�(tǒng)電源�(fā)生電壓跌落等事件,控制器脈沖可以�0.5ms以內(nèi)切換,使得IGBT逆變器工作,生成補償電壓,無縫切換到補償狀�(tài),實�(xiàn)對電壓的補償�
�4 智能型動�(tài)電壓�(diào)節(jié)�
�5 新型帶射極跟隨器的DVR拓撲
提出了一種新型帶射極跟隨器的DVR,示意圖如圖5所�。其�,DVR串聯(lián)在負荷母線和敏感負荷之間,由以帶有直流儲能系�(tǒng)的傳�(tǒng)三相電壓型PWM逆變器和一射極跟隨器組成,三相電壓型PWM逆變器用于供電電壓正序分量的恢復和負序分量的補償,它的各部分構成和常用的電壓型PWM逆變器相�。而射極跟隨器用于消除供電電壓中零序分量對負荷的影�。該種拓撲適用于不對稱三相四線制的配電系�(tǒng)�
針對DVR拓撲中的變壓器所�(chǎn)生的問題進行了思�,認為在一般的設計中,為避免變壓器飽和,鐵心要留有足夠的裕�,這導致補償裝置的體積變大,成本提�。由此提出了一種無串聯(lián)變壓器的DVR結構如圖6所�。該DVR拓撲由一個固�(tài)旁路開關和一個并�(lián)在輸入輸出端的校正儲能模塊構�。正常運行情況下,固�(tài)旁路開關閉合,電源電壓經(jīng)過旁路開關給負荷供電;一旦檢測到電壓跌落或瞬時中�,旁路開關打�,校正儲能模塊工作,校正儲能模塊包含一個能量轉(zhuǎn)換電�,在輸入電壓上疊加適�?shù)难a償電壓,為負荷提供近似正常的工作電壓�
�6 無串�(lián)變壓器的DVR拓撲
�7 采用半波二極管整流的DVR拓撲
介紹了一種采用半波二極管整流的DVR拓撲,如�7所�。其中輸出濾波電容直接和被保護的負荷串聯(lián),從而消除了串聯(lián)變壓�。和傳統(tǒng)DVR的串�(lián)變壓器相�,下圖中的并�(lián)隔離變壓器的電壓等級和成本都大大減少,而且再這種情況�,鐵心飽和的問題也減輕很多,通過選擇隔離變壓器的變比還可以獲得恰�?shù)闹绷麟妷�?/FONT>