近年來，可再生能源（如風能、太陽能等）和敏感負荷（如精密儀器、變頻器及計算機等）的大量使用，使得電能質量問題越來越突出，其中電壓跌落已成為影響電力負荷穩(wěn)定運行最突出的問題之一。動態(tài)電壓恢復器（Dynamic Voltage Restorer, DVR）串聯(lián)在系統(tǒng)與敏感負荷之間，能解決電壓跌落、閃變、不對稱等多種電能質量問題，成為保證敏感設備正常工作的有效電力設備。

DVR補償?shù)幕痉绞接型嘌a償、完全補償及最小能量補償。由于可減少DVR與系統(tǒng)的有功交換，增大其補償時間，最小能量補償成為學者研究的重點。

• 有學者介紹了最小能量補償?shù)幕驹砑翱刂品椒ā?/li>
• 有學者對最小能量補償策略進行改進，進一步減少了能量損耗，延長了補償時間。
• 有學者提出了一種基于負荷電壓的最小能量控制策略，以解決負荷不平衡時的工況。

深入研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)電壓跌落以及DVR采用傳統(tǒng)最小能量補償時，在電網故障和恢復時刻都會對負載電壓產生一定的相角跳變，這樣的角度突變可能會導致負載電壓波形不連續(xù)，不準確過零點，不利于晶閘管、電動機等相位敏感類負荷的安全穩(wěn)定運行。

• 為解決該問題，有學者分析了電網電壓幅值及相位跳變角，并通過限幅的方式來保證負荷電壓的相位變化在可承受范圍之內。
• 有學者采用相角過渡的補償方式對最小能量補償進行了優(yōu)化，通過多步旋轉補償電壓來解決負載電壓的相角跳變問題，但文中未對其旋轉變化過程進行詳細的分析，并未給出相應的量化關系。
• 有學者仍采用多步旋轉補償電壓的方式解決相角跳變問題，并給出了具體的角度過渡過程。

然而，上述研究都未考慮電網電壓恢復時刻的相角突變問題。

有學者通過對DVR拓撲進行改進，將其與晶閘管投切電抗器結合，通過控制電抗器的補償電流以實現(xiàn)DVR注入有功為零，并以跌落前的負載電壓作參考，從而保證電網故障前后負荷端電壓都無相位變化，但該結構增加了成本。

此外，當電網電壓發(fā)生較大程度的跌落時，DVR進行最小能量補償所需要的輸出電壓幅值較大，而DVR輸出電壓水平應有一定的極限，以上研究也都未對其給予相應的重視。而有的學者雖然考慮到了最小能量補償極限問題，但并未考慮故障前后相角跳變的問題。

綜合以上在電網電壓跌落和恢復時刻負載電壓有相角跳變的問題，以及DVR在電網電壓深度跌落時輸出補償電壓能力有限的情形。本文在現(xiàn)有文獻的研究基礎上，提出了一種適用于DVR的最小能量柔性切換控制策略。該控制策略可保證DVR實現(xiàn)最小能量補償?shù)耐瑫r，在故障全過程中負載電壓得到平滑過渡。此外，詳細考慮了最小能量補償方式下DVR輸出電壓達到極限時的情況，通過對參考電壓的動態(tài)調節(jié)，使得該柔性切換策略下的DVR輸出電壓在極限水平之內。仿真和實驗驗證了理論分析的正確性及所提控制策略的有效性。

圖22 RT-LAB硬件在環(huán)實驗平臺

總結

本文針對系統(tǒng)電壓跌落時負載電壓的相角跳變問題，提出了最小能量柔性切換補償策略，得到了如下結論：

• 1）通過柔性切換過程，可保證DVR平滑進入和平滑退出最小能量補償，從而保證負載電壓相角變化率滿足負荷需求，并有效減少DVR有功輸出。
• 2）通過動態(tài)調節(jié)參考電壓，可保證DVR輸出電壓在補償全過程中不超越極限值。
• 3）故障期間，電網電壓發(fā)生相角跳變時，本文所提控制策略仍能保證負載電壓的平滑過渡。

該柔性切換控制策略同樣適用于靜止同步串聯(lián)補償器和統(tǒng)一潮流控制器等結構的電力電子裝置，具有一定工程意義與價值。