張宸宇，史明明，陳兵，等.SSTS與DVR的協(xié)調(diào)控制策略[J].電力工程技術(shù)，2017,36(3): 22-27.

ZHANG Chenyu, SHI Mingming, CHEN Bing, et, al. Coordinated Control Strategy of SSTS and DVR[J]. Electric Power Engineering Technology, 2017, 36(3): 22-27.

SSTS與DVR的協(xié)調(diào)控制策略

張宸宇，史明明，陳兵，鄭建勇，繆惠宇

1. 研究背景

由于半導(dǎo)體制造、IT行業(yè)、精密儀器、PLC控制的工業(yè)設(shè)備等敏感負(fù)荷的增加，電壓跌落問(wèn)題變得越來(lái)越突出。電壓跌落會(huì)導(dǎo)致敏感負(fù)荷發(fā)生故障、停運(yùn)、損壞等種種問(wèn)題，可能給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電壓跌落是指電壓有效值下降到標(biāo)稱值的10%~90%，持續(xù)時(shí)間為半個(gè)周波到1min的電壓下降過(guò)程。對(duì)于敏感負(fù)荷，電壓跌落的時(shí)間越長(zhǎng)，深度越大，對(duì)設(shè)備的危害就越嚴(yán)重。因此，對(duì)電壓跌落補(bǔ)償設(shè)備的速動(dòng)性提出了很高的要求，而快速準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)電壓的跌落是電壓跌落補(bǔ)償設(shè)備快速動(dòng)作的前提和關(guān)鍵。

為了充分發(fā)揮固態(tài)切換開(kāi)關(guān)（SSTS）容量大和動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，本文通過(guò)一種結(jié)合單相dq變換和形態(tài)學(xué)濾波器的單相電壓跌落檢測(cè)方法精確檢測(cè)單相電壓暫降，在此基礎(chǔ)上提出一種基于電壓跌落等級(jí)劃分與時(shí)序配合的DVR與SSTS協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)了DVR和SSTS的協(xié)調(diào)動(dòng)作，保障了敏感負(fù)荷的持續(xù)高質(zhì)量供電。

2. SSTS和DVR的工作特性及協(xié)調(diào)控制策略

典型的SSTS和DVR連接系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1為系統(tǒng)的單相等效電路，2個(gè)110kV的變電站給工業(yè)用戶供電。

圖1 含SSTS和DVR系統(tǒng)拓?fù)?/span>

系統(tǒng)中包含DVR和SSTS的2種DFACTS設(shè)備。兩者均可抑制電壓跌落、供電短時(shí)中斷，但二者在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、作用原理、響應(yīng)速度等方面存在較大差異，二者用于不同的電壓等級(jí)。

2.1 DVR工作特性

DVR是一種全控型電力電子設(shè)備，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)（PPC）電壓變化，利用耦合變壓器向系統(tǒng)中串聯(lián)注入幅值和相位可調(diào)的三相獨(dú)立的交流電壓，使PPC在可能發(fā)生電壓暫降時(shí)依然保持正常值。由DVR的拓?fù)涮匦钥梢钥闯鯠VR能夠補(bǔ)償電壓跌落、電壓暫升、電壓諧波、三相電壓不平衡。本文采用的DVR模型具有如下特點(diǎn)：

(1)應(yīng)用于380V電壓等級(jí)；(2)可以分相控制，補(bǔ)償電壓跌落、電壓暫升、電壓諧波、三相電壓不平衡；(3)采用前饋控制和負(fù)載電壓外環(huán)、濾波電容電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和補(bǔ)償效果，并且穩(wěn)定裕度較高，克服了開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)阻尼小引起的DVR輸出電壓等幅振蕩等缺點(diǎn)；(4)響應(yīng)速度小于5ms；(5)最大補(bǔ)償40%的電壓跌落。

2.2 SSTS工作特性

SSTS應(yīng)用在電網(wǎng)雙路供電電源的場(chǎng)合，可以在監(jiān)測(cè)到某路電源發(fā)生故障時(shí)，以毫秒級(jí)的速度將敏感或重要負(fù)荷切換到無(wú)故障線路上，從而使敏感或重要負(fù)荷免受電壓跌落、短時(shí)中斷的影響，滿足敏感或重要負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的要求。本文采用的SSTS模型具有如下特點(diǎn)：

(1)應(yīng)用于10kV電壓等級(jí)；(2)采用過(guò)零切換的換流方式；(3)切換時(shí)間小于20ms。

2.3 SSTS和DVR協(xié)調(diào)控制策略

DVR和SSTS的協(xié)調(diào)控制策略如圖2所示，其中V為系統(tǒng)電壓測(cè)量值。首先根據(jù)敏感負(fù)荷耐受電壓的能力以及DVR裝置的補(bǔ)償容量對(duì)電壓跌落等級(jí)進(jìn)行劃分。

圖2 DVR和SSTS協(xié)調(diào)控制策略

本文設(shè)定的電壓閾值為額定電壓的85%和60%。系統(tǒng)電壓介于額定電壓的85%和60%之間定義為跌落等級(jí)1；系統(tǒng)電壓小于額定電壓的60%定義為跌落等級(jí)2。檢測(cè)系統(tǒng)電壓值，以確定電壓跌落的等級(jí)并結(jié)合電壓跌落的持續(xù)時(shí)間確定DVR和SSTS是否啟動(dòng)及具體的動(dòng)作時(shí)序。為了增強(qiáng)整體的靈活性，一些DVR功能被集中在SSTS控制器上，即SSTS作為主控設(shè)備，DVR作為從控設(shè)備，DVR和SSTS之間具有通信功能。SSTS的控制器進(jìn)行電壓有效值的計(jì)算，確定電壓跌落的等級(jí)。

3. 仿真驗(yàn)證

仿真采用的DVR和SSTS模型如前所述。在各種異常工況下，對(duì)DVR和SSTS的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行仿真驗(yàn)證和分析。

3.1 工況一

母線3發(fā)生30%的三相電壓跌落，持續(xù)時(shí)間為0.4s。圖3(a)為母線3的A相電壓，圖3(b)為母線6的A相電壓，圖3(c)為敏感負(fù)荷側(cè)母線7的A相電壓，圖3(d)為DVR注入的A相電壓波形。系統(tǒng)發(fā)生30％電壓跌落時(shí)，DVR不啟動(dòng)；一旦電壓跌落持續(xù)時(shí)間超過(guò)2ms，DVR迅速啟動(dòng)，補(bǔ)償電壓跌落使負(fù)載電壓達(dá)到額定值。為了防止A/D轉(zhuǎn)換誤差、電壓脈沖、外界高頻干擾引起的DVR誤動(dòng)作， 電壓跌落持續(xù)時(shí)間超過(guò)2ms后才啟動(dòng)DVR。

圖3 工況一仿真波形

3.2 工況二

母線3發(fā)生40％的電壓跌落，持續(xù)時(shí)間為0.2s。此時(shí)DVR與SSTS的協(xié)調(diào)控制過(guò)程分為以下幾個(gè)階段：

(1)發(fā)生電壓跌落的瞬間，如圖4(a)所示，DVR投入運(yùn)行，如圖4(b)所示，使負(fù)載電壓維持在額定值，如圖4(c)所示；

(2)母線3電壓跌落持續(xù)時(shí)間超過(guò)2ms后，啟動(dòng)SSTS，閉鎖DVR。在1個(gè)工頻周期內(nèi)，將敏感負(fù)荷切換到備用電源側(cè)，使負(fù)載電壓維持在額定值，如圖4(c)所示；

(3)SSTS完成切換后，啟動(dòng)DVR，使負(fù)載電壓達(dá)到額定值。主要目的是補(bǔ)償負(fù)載切換至無(wú)故障線路后的電壓暫態(tài)過(guò)程，如圖4(b)所示；

(4)發(fā)生電壓跌落0.2s后，主電源側(cè)恢復(fù)正常，如圖4(a)所示。啟動(dòng)SSTS，將負(fù)荷切換至主電源。

圖4 工況二仿真波形

4. 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種結(jié)合單相dq變換和形態(tài)學(xué)濾波器的單相電壓跌落檢測(cè)方法，滿足單相電壓跌落檢測(cè)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求；提出一種基于電壓跌落等級(jí)劃分與時(shí)序配合的DVR與SSTS協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)下DVR和SSTS的協(xié)調(diào)動(dòng)作；基于Matlab/Simulink的仿真模型驗(yàn)證了本文提出的協(xié)調(diào)控制策略的正確性和有效性。