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一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的新型交流電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器

發(fā)布時(shí)間：

2023-02-28

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大功率電力電子變換裝置的廣泛應(yīng)用已經(jīng)給配電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題[1]。在這些問題中，電壓波動(dòng)包括暫降、驟升、凹陷、閃變等造成的危害最為普遍[2-3]，它們會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)控制設(shè)備異常、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失等事故，繼而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

為了降低該類風(fēng)險(xiǎn)，在敏感負(fù)載端使用各種交流電壓穩(wěn)定和調(diào)節(jié)裝置已成為應(yīng)用趨勢(shì)?，F(xiàn)有的大容量交流穩(wěn)壓電源主要是基于自耦變壓器和晶閘管控制多抽頭變壓器，不但動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度低且不具備諧波抑制能力。而以脈寬調(diào)制(PWM)逆變器和斬波器[4]為核心的交流凈化電源雖然提供了理想的電壓波形，但受到主電路效率尤其是成本的約束，目前仍局限于較小的應(yīng)用范圍。近年提出的基于串聯(lián)補(bǔ)償方式的各種有源交流電壓調(diào)節(jié)裝置以其主電路容量小、響應(yīng)速度快和運(yùn)行效率高的特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注和深入研究[5-6]，已成為交流電壓調(diào)節(jié)主要發(fā)展方向之一。為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓雙向快速調(diào)節(jié)，文獻(xiàn)[7]采用了雙極性交流斬波器對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償;文獻(xiàn)[8]還運(yùn)用不可控整流橋供電的電壓源逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電壓跌落和諧波補(bǔ)償。然而，這些方案很少同時(shí)考慮對(duì)輸出電壓的雙向調(diào)節(jié)和波形畸變補(bǔ)償;特別是由于缺少足夠的儲(chǔ)能容量，當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生持續(xù)跌落或凹陷時(shí)仍會(huì)發(fā)生欠補(bǔ)償，從而威脅負(fù)載的不間斷運(yùn)行。

本文提出一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的新型單相交流電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器方案，采用雙半橋變換電路分別進(jìn)行交流電壓補(bǔ)償和直流儲(chǔ)能調(diào)節(jié)。其中串聯(lián)補(bǔ)償電路所采用的電壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)使其可以抑制包括幅值波動(dòng)和波形畸變等類型的電壓擾動(dòng);而公共直流側(cè)超級(jí)電容組的使用既保證了補(bǔ)償系統(tǒng)電壓嚴(yán)重跌落和凹陷所需能量，還可以顯著降低系統(tǒng)對(duì)直流電路瞬時(shí)功率平衡控制的要求，并減少儲(chǔ)能調(diào)節(jié)變換器的啟動(dòng)次數(shù)和工作時(shí)間，從而確保輸出電能質(zhì)量和調(diào)節(jié)器的高效可靠運(yùn)行。