串联式低电压穿越辅助装置详解

串联式低电压穿越辅助装置本质上为可控电压源，也称为静止同步串联补偿器（Static Synchronous Series Compensator，SSSC），在用于补偿电力系统动态电压时，也常被称为动态电压恢复器（DVR）^[7-8]。DVR是解决电压跌落问题最经济、有效的电力装置之一，其工作原理如图7-7所示。当电网电压u_g发生跌落时，DVR向线路中串入一个幅值和相位均可控的串联补偿电压u_DVR，以保证负载端电压恒定，从而使用户感觉不到电压跌落。

图7-7 DVR工作原理示意图

DVR的典型结构如图7-8所示，它包括直流电源、变流器、滤波电路和变压器4个部分。它通过检测电源电压生成指令信号，对变流器进行控制，产生需要的补偿电压；再经过滤波电路和变压器，通过串联方式叠加到变流器负载电路中，从而确保负载电压的质量。DVR的直流电源可采用储能装置经DC/DC升压变流器电路提供，该方式下，DVR的补偿能力受储能单元容量、成本和体积的限制；DVR的直流电源也可由与电网相连的PWM整流器提供，该方式实现的DVR也称可连续运行动态电压恢复器（Uninterrupted DVR，UDVR），是目前较流行的结构形式。UDVR不但可以解决动态电压质量问题，如电网电压的骤降、不对称、闪变、波动、谐波等，还可解决如过电压和欠电压等稳态电压质量问题。

图7-8 DVR典型电路结构(www.xing528.com)

UDVR的直流母线电压由PWM整流器提供，通过控制整流器的输入有功电流，可调节其直流母线电压，其控制方法与非耦合型风电系统网侧变流器的控制方法一致，此处不再赘述。DVR逆变器部分的主电路结构与STATCOM一致，数学模型也相同，然而由于DVR串联在电路中，与STATCOM不同，DVR输出电流由外部负载决定，无法受控，可直接控制其输出电压，以补偿电网电压跌落。

DVR逆变器部分的控制策略可基于旋转坐标系模型设计，其典型控制框图如图7-9所示^[8]，图中，u_g∗_dq为用户对电网电压的期望值，如可设定为电网额定电压或故障前电压值。用户所需的负载电压u_L与电网电压u_g之差即为DVR所需补偿的电压u_DVR，电压控制器由电网电压前馈环节和负载电压反馈环节组成，前馈项可加快DVR的动态响应，反馈闭环控制则可消除由于滤波电感和变压器压降等因素所引起的静态误差。选择不同的负载电压指令，可实现不同的补偿目标。例如，完全补偿可使补偿后的负载电压与电网电压变化前完全相同，该方式对负载而言是最优的，但当骤降幅值过大或相位角偏移过大时所需DVR容量较大，因而经济性较差，实际中很少采用；同相位电压补偿可使补偿后负载电压幅值与电网电压变化前相同，而相位与电网电压变化后一致，该方式DVR容量较小，可补偿的电压范围最大，然而当电网电压出现波形陡变时，其补偿效果较差，无法适用于对相位波动敏感的负载场合；在辅助发电单元进行低电压穿越场合，所补偿的负载电压还可选择为电网电压的正序或负序分量，具有更大的灵活性。进一步若DVR直流电源由储能环节提供，为降低DVR运行过程中与电网的有功交换、减少储能单元的容量，还可对DVR的输出电压进行优化，使其在一定补偿容量的前提下获得最大的补偿范围。

图7-9 DVR逆变器部分的典型控制框图