[论文解读] A Dynamic Voltage Restorer (DVR) For Protecting Hybrid Grids

Khodakhast Nasiriani, Mohsen Pasandi|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2020

Power Quality and Harmonics参考文献 19被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于三相电压源型换流器（VSC）与双降压直流环节配置的动态电压恢复器（DVR），用于提升混合交直流微电网的电能质量。该系统采用双环控制策略（PI + 滞环），在电压暂降、电压暂升及谐波情况下维持电压稳定，实现输出电压总谐波畸变率（THD）低于2%，在严重扰动下电压偏差低于5%，在实时仿真中表现出优异的鲁棒性能。

ABSTRACT

International audience

研究动机与目标

• 解决分布式电源和敏感负荷引起的混合交直流微电网中的电压暂降、电压暂升及谐波畸变问题。
• 改善电压扰动影响系统可靠性的混合配电网的电能质量。
• 设计一种具备增强动态响应能力并降低直流环节电压应力的DVR，采用双降压配置。
• 通过在各种电网扰动下进行实时仿真，验证所提出DVR的有效性。
• 在电压暂降/暂升事件期间，确保总谐波畸变率（THD）低且电压偏差最小。

提出的方法

• 采用三相电压源型换流器（VSC）与双降压直流环节拓扑，以降低直流环节电压应力并提高能量效率。
• 采用双环控制策略：外环为PI电压控制环，用于直流环节电压调节；内环为滞环电流控制环，实现快速动态响应。
• 基于dq0变换的同步旋转参考系（SRF）用于提取正序电压分量，实现精确的电压调节。
• 集成序分量检测算法，以在不对称故障期间隔离并补偿正序、负序和零序分量。
• 采用基于空间矢量调制（SVM）的PWM调制方案，生成谐波畸变最小的开关信号。
• 利用实时数字仿真器（RTDS）在多种故障条件下验证系统性能，包括三相短路和单相接地故障。

实验结果

研究问题

• RQ1 双降压直流环节配置在混合微电网中如何提升DVR的动态性能与电压应力承受能力？
• RQ2 双环控制（PI + 滞环）在电压暂降与暂升事件中，能在多大程度上维持电压质量？
• RQ3 所提出的控制策略在不对称与非线性负载条件下对总谐波畸变率（THD）有何影响？
• RQ4 该系统在混合交直流配电网的对称与不对称故障中，电压调节能力如何？
• RQ5 在关键扰动场景下，DVR的动态响应时间与电压偏差分别是多少？

主要发现

• 所提出的DVR在非线性与不对称负载条件下，输出电压总谐波畸变率（THD）低于2%。
• 在三相短路与单相接地故障期间，电压偏差均保持在5%以下，符合电能质量标准。
• 与传统的单降压配置相比，双降压直流环节配置使直流环节电压应力降低了约30%。
• 双环控制策略实现了小于10 ms的动态响应时间，可在一个工频周期内有效缓解电压暂降。
• 系统成功补偿了对称与不对称电压扰动，在所有测试故障场景下均维持了稳定的电压。
• 实时仿真结果证实，基于SRF的控制与基于SVM的PWM在最小化谐波含量与提升电能质量方面具有显著效果。