基于PWM AC—AC变换的电压补偿器设计
研究表明配电系统中90％以上的扰动都是由电压降低引起的，常用的低压补偿技术无论是变电站的集中补偿、用户的分散补偿，还是杆上补偿，基本上都是采用成组电容器／电感等能量存储设备，造价都比较高。
本文介绍配电系统中针对重要用户的一种新型电压补偿器，即在用户自耦变压器中加装PWM AC—AC变换器，通过换流技术来驱动AC—AC变换器。当扰动发生使得电压降低时，本装置能提升电压，保持负荷端电压为额定值。在设计中没有使用诸如成组电容器／电感等这些储能元件，造价低且响应速度快。
l 设计方案
图1所示为本设计方案的单相结构图。对电压的补偿是大功率电感贴片电感器通过迭加电压Vc来实贴片电感器现的，而Vc由PWM AC—AC变换器模块提供。当系统正常运行时，PWM AC—AC变换器的电子开关作为旁路开关，给电压提供一个通路，将电压Vs直接加到负荷上。此时，电压Vc为O。当电源电压Vs出现扰动时，PWM斩波电路以高频闭合，产生适当的电压Vc迭加到电源电压上以维持负荷电压恒定。而当电源侧电压恢复正常时，斩波电路又回到旁路方式。
2 理论分析
根据图1可得如下负荷电压表达式：
其中：Vs为电源电压；Vc为提供的补偿电压。
注意在正常工作状况下Uc等于O，因而Vload=Vs。
出于控制的目的一体电感器，将要求的负荷电压用恒值Vref表示。正贴片绕线电感常工作状况下，Vs和Vload均为Vref。
而当电源电压降低时，Vs改变为下值：
其中：n为电压幅值降低的标幺值。图2所示为Vload，Vs，Vc三个电压之间的相量关系。同时，电压Vc是电压VL和斩波电路负载率的函数，即：
其中：Vs为电源电压归算到变压器原边的值；VL=VsN2／N1；D为变换器的负载率；N2／N1为变压器绕组的匝数比。则式(1)可改写为：
由式(4)知，当保持Vload=Vref时，D值可由下式求得：
显然，D值最大取1。因而，本设计所能提供的最大补偿度由如下电压扰动的幅值相对值决定：
由式(6)可知，当匝数比N2／N1为1时，电压补偿度可达50％，这种方式可在实际中采用，因为当匝数比增加到2时，补偿度又增加了16．66％。
3 电路实现
电压补偿控制模块如图3所示，根据系统控制对象的特点，从模块化及数字化的角度出发，选取数字化控制芯片TMS320LF2407，设计基于DSP的PWM实现方式。
PWM AC—AC变换器的拓扑结构如图4所示。变换器输出电压Vc由式(3)给出。图4所示的变换器由4个IGBT(S1a，S1b，S2a，S2b)组成，通过操作开关S1a，S1b，S2a，S2b的开／关方式，可使变换器在正确操作时输出电压Vc与Vs同相。当电网电压正常时，开关S1a，S1b保持闭合，S2a，S2b保持开断共模电感器，因而变换器输出电压Vc为0，负荷电压VL等于Vs。这种操作方式称为旁路方式，此时电源功率直接传输给用户，自耦变压器处于开路状态(即只吸收励磁电流)。而当电网电压降低时，变换器的开关S1(S1a，S1b)和S2(S2a，S2b)按(5)式所示的负载周期D动作，此时的负荷电压VL就等于Vc+Vs。
IGBT元件是通过合适的门信号方式驱动，这种控制技术可有效地降低开关时的损耗，省去缓冲电路。图4所示的电路可使传统的IGBT模块在变换器中得到广泛应用。图1所示的设计方案(单相)可推广到三相系统(无论有无中性点)，如图5所示。通过各个PWM变换器模块，各相可独立控制。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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