研究表明配電系統(tǒng)中90％以上的擾動都是由電壓降低引起的,，常用的低壓補償技術(shù)無論是變電站的集中補償、用戶的分散補償,，還是桿上補償,，基本上都是采用成組電容器／電感等能量存儲設備，造價都比較高,。

本文介紹配電系統(tǒng)中針對重要用戶的一種新型電壓補償器,，即在用戶自耦變壓器中加裝PWM AC—AC變換器，通過換流技術(shù)來驅(qū)動AC—AC變換器,。當擾動發(fā)生使得電壓降低時,，本裝置能提升電壓，保持負荷端電壓為額定值,。在設計中沒有使用諸如成組電容器／電感等這些儲能元件,，造價低且響應速度快。

l 設計方案

圖1所示為本設計方案的單相結(jié)構(gòu)圖,。對電壓的補償是通過迭加電壓Vc來實現(xiàn)的,，而Vc由PWM AC—AC變換器模塊提供。當系統(tǒng)正常運行時,，PWM AC—AC變換器的電子開關(guān)作為旁路開關(guān),，給電壓提供一個通路，將電壓Vs直接加到負荷上,。此時,，電壓Vc為O。當電源電壓Vs出現(xiàn)擾動時,，PWM斬波電路以高頻閉合,，產(chǎn)生適當?shù)碾妷篤c迭加到電源電壓上以維持負荷電壓恒定。而當電源側(cè)電壓恢復正常時,，斬波電路又回到旁路方式,。
 

2 理論分析

根據(jù)圖1可得如下負荷電壓表達式：
 

其中：Vs為電源電壓,；Vc為提供的補償電壓。

注意在正常工作狀況下Uc等于O,，因而Vload=Vs,。

出于控制的目的，將要求的負荷電壓用恒值Vref表示,。正常工作狀況下,，Vs和Vload均為Vref。

而當電源電壓降低時,，Vs改變?yōu)橄轮担?br />  

其中：n為電壓幅值降低的標幺值,。圖2所示為Vload，Vs,，Vc三個電壓之間的相量關(guān)系,。同時，電壓Vc是電壓VL和斬波電路負載率的函數(shù),，即：
 

其中：Vs為電源電壓歸算到變壓器原邊的值,；VL=VsN2／N1；D為變換器的負載率,；N2／N1為變壓器繞組的匝數(shù)比,。則式(1)可改寫為：
 

由式(4)知，當保持Vload=Vref時,，D值可由下式求得：
 

顯然,，D值最大取1。因而,，本設計所能提供的最大補償度由如下電壓擾動的幅值相對值決定：
 

由式(6)可知,，當匝數(shù)比N2／N1為1時，電壓補償度可達50％,，這種方式可在實際中采用,，因為當匝數(shù)比增加到2時，補償度又增加了16．66％,。
 

3 電路實現(xiàn)

電壓補償控制模塊如圖3所示,，根據(jù)系統(tǒng)控制對象的特點，從模塊化及數(shù)字化的角度出發(fā),，選取數(shù)字化控制芯片TMS320LF2407,，設計基于DSP的PWM實現(xiàn)方式。
 

　
PWM AC—AC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示,。變換器輸出電壓Vc由式(3)給出,。圖4所示的變換器由4個IGBT(S1a，S1b，S2a,，S2b)組成,，通過操作開關(guān)S1a，S1b,，S2a,，S2b的開／關(guān)方式，可使變換器在正確操作時輸出電壓Vc與Vs同相,。當電網(wǎng)電壓正常時，開關(guān)S1a,，S1b保持閉合,，S2a，S2b保持開斷,，因而變換器輸出電壓Vc為0,，負荷電壓VL等于Vs。這種操作方式稱為旁路方式,，此時電源功率直接傳輸給用戶,，自耦變壓器處于開路狀態(tài)(即只吸收勵磁電流)。而當電網(wǎng)電壓降低時,，變換器的開關(guān)S1(S1a,，S1b)和S2(S2a，S2b)按(5)式所示的負載周期D動作,，此時的負荷電壓VL就等于Vc+Vs,。
 

　　
IGBT元件是通過合適的門信號方式驅(qū)動，這種控制技術(shù)可有效地降低開關(guān)時的損耗,，省去緩沖電路,。圖4所示的電路可使傳統(tǒng)的IGBT模塊在變換器中得到廣泛應用。圖1所示的設計方案(單相)可推廣到三相系統(tǒng)(無論有無中性點),，如圖5所示,。通過各個PWM變換器模塊，各相可獨立控制,。
 

4 結(jié) 語

在正常工作狀況下,，PWM變換器工作在旁路方式，電源功率直接傳輸給負荷,，自耦變壓器只吸收勵磁電流,。而當電壓降低時，變換器將電壓Vc迭加(補償)上去,，同時通過自耦變壓器增加一定的輸出功率,。所以在本設計中變壓器的選擇主要取決于暫態(tài)過程中功率變化的能力。本裝置能很方便地集成到對重要負荷供電的配電變壓器中。選用圖4所示的變換器,，在各種不同的電壓降落下來驗證三相系統(tǒng)的情況,。當一個配電網(wǎng)絡電源單相電壓或者三相電壓均發(fā)生了30％的降低，在加了補償后可維持負荷電壓保持恒定,。