摘要：本文介绍了无串联变压器型动态电压恢复器(DVR)主电路拓扑结构，对动态电压恢复器启动瞬间的谐振问题进行了分析和研究，阐述了造成IGBT过电流和输出电压畸变的机理，从控制策略方面提出了抑制方法。仿真和试验结果表明：采用谐振阻尼控制器能够对DVR启动瞬间的谐振起到良好的阻尼作用，可以有效降低谐振现象带来的不利影响。

　　关键词：谐振;动态电压恢复器;启动;谐振阻尼控制器

　　1 引言

　　电力系统中通常包含有电容器、电抗器、变压器、互感器等一次电气设备，同时系统中还存在有分布电感、分布电容，在进[1]行操作或发生故障时容易形成复杂的振荡回路。在一定的初始激励下有可能产生谐振现象，并引起谐振过电压。

　　一般来说，电力系统谐振指振荡回路中的一种周期性或准周期性的运行状态，特征在于某一个或几个振荡波幅值的急剧上升，并容易引起电力系统内过电压事故[1]。

　　谐振可在操作或故障瞬间产生，并可在过渡过程结束后较长时间稳定存在，直至谐振条件破坏为止。电路中谐振现象通常包括线性谐振、铁磁谐振、参数谐振等3种类型。

　　为避免谐振造成的危害，通常可以通过优化系统参数、施加附加的控制措施抑制谐振的发生。例如，可以考虑调整断路器的同期性、装设阻尼回路、改变接地方式等技术手段。

　　本文针对无串联变压器型动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)启动过程谐振问题，从控制策略方面提出了抑制方法。仿真和试验结果表明：采用设计的谐振阻尼控制器能够对DVR启动瞬间起到很好的阻尼作用，可有效降低谐振现象带来的不利影响。

　　2 无串联变压器型DVR原理及结构特点

　　动态电压恢复器是一种电压源型电力电子补偿装置，串接于配电网电源和敏感负荷之间，可快速补偿配电系统的电压暂降，是解决系统电压暂降问题最有效的技术手段之一[2][3]。

　　DVR装置的基本原理是，通过实时检测系统(或者负荷)电压，一旦检测到系统电压发生暂降，即刻启动补偿，快速输出一个与系统电压暂降幅度一致的电压，与系统电压叠加后供给负载，保证负荷供电电压不受影响。

　　就调制方式而言，DVR装置通常采用脉宽调制(PWM)方式;对于链式结构的主电路可以采用载波移相的方式，在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果，并可有效地减小输出谐波。该技术还具有输入输出线性度好，控制性能优越等优点。

　　就接入系统方式而言，DVR装置通常采用串联变压器结构将补偿电压注入到线路中。该结构DVR具有以下特点：采用升压变压器接入系统可降低逆变器直流侧电压等级，可充分利用电力电子功率器件的电流容量;同时，可实现DVR与系统的电气隔离。在高压配电系统中，考虑到逆变器结构、开关器件电压容量、直流母线电压等级等因素，该结构具有良好的适用性。不过，在实际应用中串联变压器的过饱和会引起激磁涌流、电压畸变，放大输出滤波器带来的相移和压降，影响补偿性能，同时还会增加成本、增加占地面积[4][5]，在低压、用地紧张的应用场合受到限制。

　　图1 无串联变压器型DVR主电路拓扑

图1所示为无串联变压器型DVR的主电路拓扑。DVR核心电路采用H桥结构的电压源变流器，各相储能装置完全独立，变流器输出的补偿电压Via、Vib、Vic通过无源滤波器串联接入系统。滤波器通常由Lf、Cf构成，主要功能是滤除逆变器输出电压中的高次谐波分量。为达到较好的滤波效果，滤波器的谐振频率需满足以下条件[6]：

(1)

其中：为电网基波频率，为PWM的载波频率。

　　3 无串联变压器型DVR启动瞬间谐振问题

　　图1所示无串联变压器型DVR主电路中，电压源换流器输出端的无源滤波器采用了典型的LC结构，使得DVR呈现一定的欠阻尼特性，在启动瞬间容易产生谐振现象，对装置的稳定性和可靠性产生不利影响。

　　DVR装置通常有三种工作状态：零电压输出状态、补偿状态和机械旁路状态。其中，机械旁路状态仅用于装置的保护性退出。在系统电压正常的情况下，DVR装置处于零电压输出状态，此时仅有两个桥臂的上管或下管(1个二极管和1个IGBT)同时导通，装置输出电压为0，仅提供电流通路，装置输出容量极小，运行损耗很低，该状态也可称作补偿的热备用状态。

　　图2 零电压状态

　　一旦检测到系统电压发生跌落，DVR立即从零电压输出状态转为补偿状态，输出相应的补偿电压。状态转换瞬间，变流器输出的PWM调制电压作用到输出滤波器上，电感电流和DVR输出电压会出现与LC谐振频率相近的谐波分量。如果谐振电流过大，滤波电感可能会进入饱和区，导致电流进一步增大，并易导致主功率器件过流损坏;同时，DVR输出的电压发生畸变，给敏感负载带来不利影响。如果负载为非线性，且具有LC谐振频率附近的高频电流，有可能持续地激励启动过程产生的谐振，造成危害的进一步扩大[7]。

　　4 DVR谐振阻尼控制器的设计

　　在低压小功率领域可以通过提高开关频率和增加阻尼电阻的方法解决谐振问题，而在高压、大功率场合，受器件开关频率、阻尼电阻的损耗、体积和造价等方面限制，通过提高开关频率和改进输出滤波器的阻尼特性来抑制DVR启动瞬间的谐振现象的措施不可行。因此，有的学者提出了对滤波电容电流和负载电压进行反馈的多个控制环的方法来解决，但控制策略过于复杂[8]。本文提出采用谐振阻尼控制器的方法解决谐振问题，给出了半周期Posicast控制器及谐振抑制滤波器2种设计方法，分别介绍如下。

　　(1) 半周期Posicast控制器

　　半周期Posicase控制器是将原本的阶跃输入命令分成2部分，如图3所示。第1部分的作用是在谐振响应的第1个峰值达到预定的输出，其幅值为M1;第2部分通过时间上的延时消除第1部分作用时超调的影响，其幅值为1- M1。第1个部分的幅值M1和半周期Posicase控制器传递函数表达式分别如下[10]：

(2)

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