中压多电平动态电压恢复器验证试验.docx

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1、中压多电平动态电压恢复器验证试验考虑到研制项目DVR装置的工程实用性，进站开题时曾暂定试验样机应用于6. 6kV三相四线制中压电网，采用三单向桥结构，其单相逆变器采用2H桥和3H桥混合级联多电平结构，原理结构如图5.1所示，控制线路由虚线表zj O负载一一相四线制中压DVR原理结构经充分调研后发现，根据目前大功率开关器件模块的耐受指标，经过有限的工程设计更改即可将较低电压的原理样机工程实用化为中压等级设备，由于在6. 6kV电压级别上相关实验配套设备成本较高，考虑到样机的主要功能为验证多电平方案在中压系统中的可行性，因此在验证方案中确定DVR装置运行于IkV系统。由图5.1可见，采用该结构的三

2、相DVR系统各相互不关联，各相可看作独立的单相交流系统，且各相结构、控制完全相同，因此作为验证实验,仅实现单相系统。1. 1中压多电平动态电压恢复器验证样机原理根据开题报告的目标要求，验证样机采用2H桥和二极管钳位式3H桥混合级联的多电平结构，该结构在半导体器件数量和独立直流电源数量间实现了适当的折中，在充分保证装置的功能性前提下，兼顾了经济性需求。MITSUBISHIRV757C-24二和全桥不控警海校块NHHIBISHJRK757C-24X8全林不拄赞血校块MIISIBISHIRM75TC-24湘全析不图5.2中压多电平DVR验证样机主电路结构装置由两个SKM75GBi24D型双单元IGB

3、T模块构成的2H桥和四个SKM75GBi24D型双单元IGBT模块构成的二极管钳位式3H桥级联而成，三个三菱RM75TC-24三相全桥不控整流模块和支撑电容组构成三个独立的800V直流电源分别给2H桥和3H桥供电，整流桥前端由工频380V三相隔离变压器自上游电网取电。实验电网中串入可由并联开关投切的变阻箱，以模拟电网电压的瞬态变化故障。DVR通过滤波电容将补偿电压直接串入主干电网，考虑到功率级别较低，负载电流较小，略去了DVR的投切开关，装置以长期在线模式运行。图5.3中压多电平DVR原理框图图5. 3所示为样机的原理框图，下面根据原理功能分别介绍装置各分系统的实现原理。1. 2数字采样系统D

4、VR控制系统需要采集PCC端电压、负载端电压以及负载电流，共三路电量信号，根据系统参数，选用SX1TJ7系列的1000V输入/10V输出霍尔电压传感器采集电压信号，此传感器的变比为100/1、原边额定输入阻抗6MR到17.8MR之间、负载阻值最小为10KR、线性度0.1%,精度0.7%,电压采集电路如图5. 4所示。IN+IN-SX1T1OOOV1OVU6|1图5. 4电压采集电路选用SF1T_ C40V6系列的10A输入电流传感器采集电流信号，此传感器的变比为1000/4、原边额定输入电流10A、负载阻值50R到150R之间、线性度0.2%,精度0.5%,电流采集电路如图5.5所示。图5.5

5、电流采集电路选用TI公司的THS1206I作为AD转换芯片（温度是-40到85）,该芯片AVDD（模拟电压）为5V, 12位AD,最高可达6MSPS的转换速率。基准电压为4. 5V （外部输入），而且此芯片的入DD为3.旦此芯口电压）,通过并口直接与2812通讯，AD转换电路如图5.6所示。工工4-100uF/16VC2IHS1 206 U82812 U95V3.3V 卜二二（110.UA100uI/ 6Tx7豆Ts(r29,2827-2625oAVDDAGNDBVDDBGNDA BMPAINMB1NPBINMREFIN0123456789DDDDDDDDDD= 3.3V21T817wROUW

6、IO/RAOREI;ID11/RA1REFM CSO(SI RV)DVDD WRCONVCLKDGNDTA-AV12122432743053363693910 5411 6512 6813 7314 7A22 9619 9720 13 91576DODID2D3D4D5D61)7D8D9D10DllVDD+5VGNDXZCS2 PIAN XUANXRD DUXWEXETOUTINT3.3VL3.3V图5.6 AD转换电路采用系统使用17V的变压器，通过整流桥整流，再通过LM2576T-12V产生12V的电压为传感器提供正电压，由MC33063产生-12V的电压为传感器提供-12V电压，通过LM

7、7805AT产生5V电压，为AD转换芯片提供5V电压，AD转换芯片的3. 3V电压由DSP板来提供。L 3检测及参考电压生成经过A/D采样后得到的电网电压信号经相关算法处理后可实现电网电压变化时刻的在线检测确认，并根据给定的幅值、频率和补偿策略确认的相位信息生成参考电压波形供逆变器发出适当的补偿电压。理论分析证明周期信号采样序列经某种加权平均后可提取其基波分量的幅值和相位信息，基于这些信息可快速准确地定位电网电压变化，而根据标称电压幅值经内积重构的信号基波分量按不同的补偿策略确定的相位可构成控制所需的电压参考波。原理算法经DSP程序实现后的实验结果表明,生成的参考波不易受系统参数变化影响且具有

8、较好的稳态精度。L 3. 1检测及参考波生成流程通过设置F2812DSP的各时钟寄存器内的分频系数，可为事件管理器等片上外设设置输入时钟。每个片上外设均可产生1个或多个中断请求。中断由两级组成，其中一级是PIE中断，另一级是CPU中断。主程序对DSP完成其初始化操作之后，即进入死循环等待采样中断和PWM输出中断或异常保护中断、其中保护中断的优先级高于另外两者。在采样中断子程序中实现检测及参考波生成算法，具体流程图如下图5.7所示。为屏蔽采样过程中的尖峰干扰，特在主算法之前配置了一个三采样点中值数字滤波算法。激活采样序列果样中断血是对当前信号采样将当前采样值压入一个三单元队列取队列单元的中间值为

9、当前采样输出检测及参考波生成算法采样中断子程序图5. 7采样中断流程中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是取某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的为二维数据序列。二维中值滤波输出为g(x,y) =利,其中/(x, y) , g(x,y)分别为原始图像和处理后图像。W为二维模板，通常为2x2或3x3的区域，也可以是不同的形状，如线状，圆形，十字形，圆环形等。对于一维数列而言，它将每

10、点的值设置为该点某邻域窗口内的所有点的中值。本文中将采样信号序列的滤波窗口设为包含前指针的前后三个信号采样值。实现方法:1、将滤波窗口内的三个采样值按大小排序;2、用排序后的中值取代当前采样值。此中值滤波法对消除采样信号中的尖峰噪音非常有效，是经典的平滑噪声的方法。1. 3. 2软件实现根据设计选用的采样率，每周波内有250个采样值，算法中内积窗口为一周波，因此缓冲队列和标准正余弦序列均为250单元数组。根据（3.2.4）式，直接编程实现算法原理，要提取一组组特征向量,每运算周期内至少需要进行循环次数为250次的乘加运算，尤其是F2812DSP采用32位定点运算，为保证运算精度，所采用的64位

11、双字节数值类型浮点运算需要被编译为多条复杂的移位和加减指令，这样对多组特征向量而言,将大大增加运算周期内的指令执行时间，从而难以保证算法的实时性。以特征向量中元素马为例，根据（3.2.4）式,zi2 工W = - Z sinN一 1i=n-N27dN2兀i /、. 2兀n / 2、. 2万(一 N)+ () smu(n - N) sin :NNN(5.3. 1)=1) 4- sin27m2 兀(n-N)u(n- N)sinNN这样每运算周期内，只需对前一次中断周期内计算出的特征向量进行一次乘加减即可得到当前的特征向量值。另外按照（5.3.1）式计算特征向量，需要进行一次除法运算。如前所述，对于

12、定点DSP,除法运算比较耗费运算资源。由于计算特征向量的根本目的在于重构基波分量得到参考波，由（3.2.7）式，第采样时刻的基波分量U、sin(+ 4) = Z()X()/、. 2兀11、/、2兀n、=Z()sm(-) + Z2()cos(-)2 /sin(N N网+(5.3.2)227mcostN NN2疝N显然只要将标准正余弦序列乘上系数、工（此处N = 250,即此系数为V N（），即可在（5.3.1）式和（5.3.2）式的运算中回避除法运算。如图2. 12所示的检测及参考波生成算法流程，标准正余弦序列作为定量数据可事先计算存储于数据段，不在中断程序中消耗指令时间。算法中检测幅值变化的变

13、量4叩的运算涉及64位长型数据的乘加运算,较为费时，由于允许的检测延时，此运算无需在每次中断周期内完成，因此将它置于主程序等待中断的循环命令中，利用等待中断的空闲CPU时间进行计算。标准正余弦sinicosi图5.8检测及参考波生成算法流程图1.4电力系统固态开关技术根据图5.1所示，如果DVR以滤波电容长时在线模式接入主电路，必然导致线路压降，从而逆变器将长时工作，将导致不必要的系统功耗和设备寿命损耗，因此需要在滤波电容上并联快速开关实现DVR的实时投切。现有的机械式断路器虽然导通稳定、带负载能力强，但因受其自身物理结构的制约，其开断容量很难有大幅度提高，开断燃弧容易烧损触头，动作速度慢，机

14、械装置动作可靠性差、器件寿命短，其开断速度通常在数十毫秒以上，难以满足DVR这类电力电子设备的继电保护需求，要实现针对电力系统中电力电子设备的智能化保护，开关限流装置保证分断限流能力的前提下需要具有更高的快速性、可靠性水平。因此，随着现代电力电子技术，尤其是新型半导体器件的迅猛发展，开展基于电力电子器件的固态开关技术研究具有极为现实的意义回。1.4. 1电力电子开关器件是固态开关的技术基础电力电子器件的发展自1980年后进入了现代电力电子技术阶段，向全控化、多功能化、高频化和集成化方向发展，不断对固态开关的性能、成本等重要因素起着至关重要的影响。各种新型电力电子开关器件不断涌现,性能不断提高，并各具电气特性和使用特点，可适应不同的固态开关应用领域和设计要求，为固态开关的研制提供了技术基础。目前主要的电力电子器件包括最初的普通晶闸管(Silicon ControlledRectifier SCR)、随后演化出的门极可关断晶闸