动态电压恢复器(DVR)的研究与设计

级：号：

学生姓名：指导教师：

2011年04月

目录1课题任务.....................................................................................................................................12课题总体方案论述.....................................................................................................................23阶段性成果.................................................................................................................................4

3.1MATLAB/SIMULINK仿真.............................................................................................43.2控制电路设计...................................................................................................................4

3.2.1检测电路.................................................................................................................43.2.2调理电路.................................................................................................................63.2.3正负15伏直流电压源的产生电路.......................................................................73.2.4正1.5伏电压源电路..............................................................................................83.2.5过零点检测电路.....................................................................................................93.3硬件电路Proteus仿真......................................................................................................9

3.3.1Proteus软件简介....................................................................................................93.3.2调理电路Proteus仿真.........................................................................................103.3.3直流电压源电路的Proteus仿真.........................................................................113.3.4过零点检测电路的Proteus仿真..........................................................................113.4主电路的设计.................................................................................................................12

3.4.1主电路工作模式设计............................................................................................123.4.2主电路开关器件设计............................................................................................133.4.3串联变压器的选取...............................................................................................173.4.4输出滤波器的设计................................................................................................183.4.5直流储能单元的选取...........................................................................................183.4.6主电路参数的设定...............................................................................................19

4课题设计后期计划...................................................................................................................20附件一：DVR的Matlab/Simulink仿真模型...........................................................................21附件二：Matlab仿真结果..........................................................................................................22参考文献.......................................................................................................................................23

毕业设计论文1课题任务毕业设计要求：对动态电压恢复器(DVR)的理论进行分析与研究。设计一台样机，参数为：容量500VA，电压补偿范围为0-66V，补偿后电压的失真度小于8%。具体要求为：研究动态电压恢复器（DVR）的理论，并进行仿真；对动态电压恢复器(DVR)的主电路、控制电路和检测电路进行计算与设计，选型与调试；掌握动态电压恢复器(DVR)软件编程及调试。

毕业设计任务分工：本课题由两位同学来完成，分别负责硬件电路设计和软件编程。其中本人主要负责硬件电路设计，具体任务包括：

1.第三周至第四周：查阅文献，结合资料加深对课题各块原理的理解。然后使用MATLAB仿真软件模拟DVR及输电系统的其他部分，对本次毕业设计进行原理仿真，并对一些电路(比如滤波电路等)的元器件参数进行选择，从而达到最佳效果。

2.第五周至第六周：结合老师的指导和自己的学习，设计出各块硬件电路图，运用Protel软件绘制原理图，包括控制电路、驱动电路等。

3.第八周：上网查阅一些原件，如霍尔电压传感器CHV-25P、光电隔离器TLP521等，并结合Proteus软件仿真、调试，确定各电路的元件型号及参数，使各块电路满足要求，保证能为软件部分提供一个稳定的硬件条件。

4.第九周至第十周：领取元器件及万能板，焊接电路板，并调试。5.第十一周以后：结合软件调试，直至满足要求，为终期答辩准备。任务完成情况：首先硬件部分的“任务书”中要求的时间安排如下：本学期1－2周，毕业设计开题、毕业实习；

本学期3--7周，硬件设计，MATLAB及Proteus仿真，Protel画图，确定元件参数；本学期8周，中期答辩；本学期9-11周，焊接硬件电路；

本学期12—13周，结合程序进行实际调试直至达到预期效果；本学期14-15周，完善毕业设计论文参加终期答辩；

本人已经完成的部分包括参阅文献、MATLAB软件仿真、硬件设计、Protel画图、Proteus仿真、修改并确定元件参数、焊接部分电路等。这些阶段性成果会在后面具体说明。

1毕业设计论文2课题总体方案论述动态电压恢复器(DVR)是一种电压源型电力电子补偿装置，串联于电源和敏感负荷之间，相当于一个受控电压源，能够产生任意幅值、相位和波形的电压。它具有很好的动态性能，当电网电压发生跌落或凸起时，能在很短的时间(几个毫秒)内将故障处电压恢复到正常值。

DVR在电力系统中的结构图如图1所示。从图中可以看出，在配电系统正常供电情况下，DVR工作在备用状态，对系统无任何影响。而当电网电压发生故障或者系统中某条支路发生故障影响其它之路的时候，DVR应该立即(几毫秒以内)向系统注入补偿电压，用以补偿故障下的电压差，使负荷端感受不到系统电压的任何变化，始终工作在要求的电压等级。DVR注入电压的幅值和相角均可控制，可补偿所需的有功和无功，补偿时间可以根据敏感负荷的要求以及系统故障的特征来预先配置，它是目前国际上使用的越来越多的新型电能质量补偿置。

由上面的表述可以知道，动态电压恢复器（DVR）应该能够检测出电网中的电压故障，这就需要DVR控制电路（含DSP控制），其具体过程原理如图2所示。由原理图可知，本课题的核心任务：DVR控制电路的设计（硬件）和DSP编程（软件）。

整体的原理可表述为：检测电路能够真实反映电网中的电压波行，并通过调理电路调制将波形输入DSP以便时时跟踪检测；当电压跌落较大时，DSP通过瞬时无功算法等程序检测出来并产生一系列PWM波，这些PWM波通过逆变装置的驱动电路来作用于逆变装置产生补偿电压，再通过滤波器以及变压器后，使跌落的电压恢复到正常值；当线路电压在正常范围内时，整个DVR装置不会产生补偿电压。

本课题硬件电路总体原理图如图3所示。由图可知道控制电路主要包括：检测电路、调理电路、DSP模块、驱动电路。其中检测电路采用霍尔电压传感器CHV-25P，此时需根据其参数确定其接法。调理电路包括偏移装置和滤波装置，都用到了集成运放NE5532P产生加法电路和滤波电路。

而驱动电路与逆变装置组合一起构成采用IPM（IntelligentPowerModule）技术,即智能功率模块。在这部分里需要设计的硬件电路包括故障信号检测电路、光电隔离电路、电压源电路。

当然，还有主电路的设计以及各器件型号参数的选取。包括图1中的变压器T2型号的选择、滤波器的选择、逆变器的配置以及电容的选取等。本课题还需要提供产生所需的直流电压，也即正1.5V和正负15V电压的产生电路。同时为了为给DSP芯片提供一个标准，需要设计过零点检测电路。

2毕业设计论文以上这些都是作为硬件设计里应该完成的，其具体设计内容会会在后面具体阐述。

图1DVR主电路原理图图2DVR控制电路模块图图3单相DVR总体设计模块图3毕业设计论文3阶段性成果3.1MATLAB/SIMULINK仿真

计算机仿真是进行现代科学研究的一种重要手段,其可以建立一个模拟的实验环境，构造出复杂并且精确的电路模型。通过仿真，对其进行各方面性能的检验，而不需要冒着损坏器件的风险，降低了开发成本。

目前，MATLAB及其SIMULINK可视化仿真平台在电力电子及控制系统中应用非常广泛，SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。在SIMULINK环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件建模相比，具有模块化、可封装、结构图编程以及高度可视化等特性，使仿真建模大大简化。使用MATLAB软件进行电力系统数字仿真，具有三个突出的优势：

（1）电力系统仿真工具箱功能强大，工具箱内部的元件库提供了经常使用的各种电力元件的数学模型，并且提供了通过自己编程的方式来创建适合的元件模型的手段。（2）MATLAB采用SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里事后处理。

（3）友好的界面。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。

本课题DVR的仿真原理图与仿真结果参见附件一、附件二。

3.2控制电路设计

采用Protel作图，检测调理电路和驱动电路参见参考文献后面的设计图纸。下面是各块电路的详细说明。（驱动电路的设计详见“主电路的设计”部分）3.2.1检测电路

霍尔电流电压传感器模块有优越的电性能，是一种先进的能隔离主电流回路与电子控

4毕业设计论文制电路的电检测元件，它综合了互感器和分流器的所有优点，克服了互感器和分流器的不足（如：互感器只适用于50Hz工频测量；分流器无法进行隔离检测）。同一只检测元件既可以检测交流也可以检测直流甚至检测瞬态峰值，是替代互感器和分流器的新一代产品。本课题用到的宇波模块的特点如下：

1、宇波模块可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量、副边电路忠实反应原边电流的波形。普通互感器无法与其相比，一般只适用于50HZ正弦波。

2．精度高在工作区内优于1％，该精度适合于任何波形的测量。普通互感器一般精度为3％～5％，且只适合于50Hz正弦波形。3．线性度好：优于0.1％。

4．动态性能好：响应时间小于lms。跟踪速度di/dt高于50A/ms。宇波模块的优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础（无感元件）普通互感器响应时间为10~20ms，已不适应工业控制系统发展的需要（感性元件）5．工作频带宽：在0～100KHz频率范围内。

6．字波电流传感器模块尺寸小、重量轻易于安装。在系统中不会带来任何损失。普通互感器是感性元件，接入后影响被测电流波形。7．可靠性高、平均无故障工作时间＞5×104小时。8．过载能力强、测量范围大。

它具有精度高、线性度好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等诸多优点，因而广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测大电流电压的各领域中。电力电子产品中，对大电流进行精确的检测和控制是产品安全可靠运行的根本保证。宇波模块提供了这个保证，使得霍尔电流电压传感器变送器模块有广泛的应用前景。

宇波模块中常用的电压传感器为CHV－25P、CHV－100。如图4所示，为霍尔电压传感器CHV－25P的接线图。图中各元件的参数取值是根据霍尔传感器CHV-25P的性能参数，并结合本课题要求而确定的，具体分析过程如下。

图4CHV-25P电路连接图5毕业设计论文该传感器的各端子含义分别为：IN+输入电流正、IN-输入电流负、+正电源、-负电源、M输出端。其输入端额定电流IN为10mA，此时对应输出额定电流IM为25mA，且测量电阻R2取值范围为0至350（IN为10mA时）。

其工作原理也即是通过两端交流电

流的对应关系而产生出电压对应关系，也即后面的调理电路是从输出端子M处获取输电线路的等比例缩小的时时电压波形图。因输入端是直接接入220V的电网的，且考虑到原边内阻Rin，有R1Rin220V/10mA，同时考虑到发热问题，所以R1可以选择为功率电阻30K/2W。因为最终要进入DSP中，而DSP外加电压一般为0—3伏，故输出端应保证获得的交流电压幅值不大于1.5伏，所以R2的值可取30。3.2.2调理电路

如图5所示，本次设计的调理电路含有移相电路（加法电路）和滤波电路。采用的集成器件为NE5532，其规格参数如图6所示。

图5调理电路Protel设计图图6NE5532的原理图其中，移相电路的设计原理是根据加法电路来设计的，而滤波电路则属于二阶有源低通滤波电路。下面分别对这两块具体来分析。

在前半部分的电路中，设NE5532的5管脚处电压为U，设输入的电压为U1，输出的电压（7管脚处）为U2，由运放的“虚短”、“虚断”性质可知，6端子的电压也为U，且

6毕业设计论文5和6端子处基本均无电流通过。再结合基尔霍夫定理可知：

1.5VUUU1

51K51K

且

UUU251K51K联立，可解得：U2U11.5V

由以上的推理可以看出，如果输入电压是一个-1.5V到+1.5V的正弦波形，则输出电压波形则变成0V到+3V的正弦波形，实现了波形的振幅偏移。

在后半部分电路里，由R5和C2、R6和C1两节滤波电路，以及同比例放大电路组成。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。其电阻电容的值如图5所示。3.2.3正负15伏直流电压源的产生电路

三相交流电先通过带有中心抽头的变压器降压，再由H桥整流，最后通过稳压管LM7815和LM7915得到输出分别为正负15伏直流电压。

如图7是其电路图，其工作原理如下。首先，通过变压器，通过变压器给电路的A与B两端输入有效值为18至20伏左右的交流电压。接着进入整流桥，通过整流桥整流滤波后得到的直流输入电压分别接在LM7815与LM7915的输入端和公共端之间。在输出端即可分别得到稳定的输出电压+15伏电压和-15伏电压。为了改善纹波电压，在输入端接入电容C3及C4，一般C3及C4的容量为0.33uF。出端接上电容C5及C6，以改善负载的瞬态响应，C5及C6的容量可取为为0.33uF。两个电容应接在集成稳压器的引脚处。若输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管D1与D2，如图7，其作用是在输入端短路时，使C5与C6分别通过二极管D3、D4放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。另外，在稳压电源输出端加上了一个发光二极管D3，其中R是二极管的保护电阻，以确保二极管的工作电流。当有输出电压时，反光二极管就会亮。透明的是20mA.有颜色的是10mA.当输入这么大的电流是,发光二极管亮度正常，不会发热。当选红色发光二极管时，计算可知有：

R

30V

，可取R=3K。10mA

在做制作成PCB，既电路版时，要注意7815与7915两个稳压块不要和电容等其他

元件放得太近，因为这两个稳压块的发热量很大，会影响到其他元件的工作。除此以外，我们还应该很这两个稳压块加上一块合适的散热片。

7毕业设计论文图7产生正负15伏直流电压的原理图3.2.4正1.5伏电压源电路

该电路原理图如图8所示，原理很简单，关键利用了器件LM385。LM285/LM385系列为微功率二端带间隙稳压器二极管。设计工作于10uA到20mA的宽电流范围。这些器件特征有非常低的动态阻抗、低噪声以及随时间和温度稳定工作。通过片内微调可以实现严格的电压误差。该器件大动态的操作范围使其适用于变化范围很大的电源和具有优异调整能力的应用场合。非常低的工作电流使这些器件非常适用于微功率电路，如便捷仪器、稳压器和其他需要扩展电池寿命的模拟电路。

LM385系列有TO-92和SO-8封装。电压规格，1.2V和2.5V，正如器件后缀表示那样。温度范围，LM385为从0到70度。LM385作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。LM385常用的接法是反接在电路中，阳极接地。

由LM385的特性可知，图8中的2端子处的电压为+1.5V。同时，为了提高带负载的能力，在2端子的输出端加上了电压。

图8产生正1.5伏直流电压的原理图8毕业设计论文3.2.5过零点检测电路

如图9所示，该电路由运算放大器、稳压管、光耦隔离器组成。其中运算放大器是由运放NE5532构成，根据运放的“虚短、虚断”性质、以及稳压管性质可知，当输入为正弦电压波形时，图9中的电容C1的两端电压波形为正值方波。当输入波形在X轴下方时，方波在X轴上方；当输入波形在X轴上方时，方波基本上接近坐标轴。

其中应注意稳压管的接法，反向接在电路中，使两端的电压稳定在3V。而光耦隔离器是很常见的一种电气隔离装置，其作用主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。在后面的IPM模块的设计中也用到很多光耦隔离器。在使用光耦时应注意电阻的选择应满足光耦电压电流条件。

图9过零点检测电路图3.3硬件电路Proteus仿真

3.3.1Proteus软件简介

在传统的嵌入式系统学习中．嵌入式开发平台是必不可少的，其中资源少的开发平台便宜但功能较少，而资源多的开发平台又价格不菲。因此，英国Labcenter公司推出了适合嵌入式设计仿真与开发平台的Proteus软件。在该软件中，用户可以根据需要搭建开发平台，将编译好的目标代码加载到芯片中。目前支持的编译器有IARARM编译器、GNUARM编译器和Ke订ARM编译器等。这些编译器都可以与Pmteus软件整合，实现源代码级调试，即通过这些编译器在Prateus软件中调试程序。在Proteus软件中，还可以查看多种调试信息，如源代码执行情况、CPU寄存器信息、变量值以及F1ash与RAM中的信息等大量的元件库支持大型设计。而且在仿真中还可以观察各元件的状态，使用Proteus软件可以完全脱离硬件平台来学习嵌入式系统，可以说是嵌入式系统学习的一次。ProteusVSM的核心是PmSPICE,这是一个组合了SPICE3f5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合的仿真系统。SPICE内核的使用使您能采用数目众多的供应厂商提供的SPICE模

9毕业设计论文型。

目前该软件包包含有约6000个模型ProteusVSM包含大量的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号波型发生器、时钟计数器、虚拟终端以及简单的电压计、电流计等。

有以上介绍可知，运用Proteus可以很方便进行仿真，尤其在电力电子电路的仿真上具有简单易行的优点。本课题利用Proteus来对各块电路进行仿真。3.3.2调理电路Proteus仿真

调理电路如图10所示，其仿真结果参见图10。由图11可以看出，由于B、C之间只是经过一个滤波电路，因而B、C的电压波形图基本一致，而他们与输入电压波形相比电压值向上偏移了1.5V，在理论上实现了调理电路的功能。

图10调理电路Proteus设计图图11调理电路仿真结果10毕业设计论文3.3.3直流电压源电路的Proteus仿真

如图12为正1.5伏电压产生电路的Proteus电路设计及仿真结果。图13为正负15伏电压产生电路的Proteus电路设计及仿真结果。由图可以看出，都能产生理想的电压值，而且是稳定的值。值得注意的是，图13中H桥的4个二极管连接方式必须保证对交流电压进行整流，如果接反了将导致短路等故障。另外，应该注意图13中的极性电容的正极（通过Decompose可知涂阴影的为负极），串联时注意不可接反而导致电容击穿。

图12+1.5V产生电路图13正负15V产生电路3.3.4过零点检测电路的Proteus仿真

图14为电路仿真原理图，图15为电路仿真结果图。由图可知基本达到了理想的效果。

11毕业设计论文图14过零点检测电路图15过零点检测电路仿真结果3.4主电路的设计

3.4.1主电路工作模式设计

本课题设计的DVR有三种工作模式，如图16所示，为三种工作模式的运行工作图，分别称为旁路模式、自检模式和运行模式。为了简便起见，图中只画出了一相。在旁路模式中，J1合上，J2～J3断开，线路电流通过J1流入负载。在这种工作模式DVR主回路不工作。自检模式中，J3断开，J1～J2均合上，线路电流仍然通过J1流入负载，主电路工作在空载状态。运行模式中，J1断开，J2～J3合上，线路电流通过J2、串联变压器、J3流入负载，此时，负载侧电压经过DVR得到补偿。

合理的安排这三种工作模式，可以保证DVR安全、可靠的运行。当DVR串入线路

12毕业设计论文中时，首先，应当进入旁路工作模式。然后，通过控制使其进入自检模式，检测串联变压器靠近负载侧的电压正常，再发出运行信号，使DVR投入运行，否则就对DVR进行检查，以保证DVR是在正常的情况下投入运行的。在DVR运行过程中，如果需要检修、负载侧出现短路或者DVR本身出现故障，则应当回到旁路工作状态，以保证DVR主回路不工作，负载也不会断电，从而保证串入DVR后并不降低供电可靠性。

图16DVR的三种工作模式3.4.2主电路开关器件设计

DVR的核心单元是一个基于全控器件的电压源型逆变器，用于补偿故障电压

13毕业设计论文的串联注入交流电压就是通过逆变器对直流电压的逆变产生的。针对DVR的逆变器拓扑结构，主要有两种结构形式，分别为三相全桥结构和三单相桥结构。三相全桥的结构如图17所示，它适用于三相三线制的系统，逆变器使用三组共6只功率开关器件。控制方式上，当跌落发生时，驱动三组逆变器同时动作，对系统电压进行补偿。

图17三相全桥逆变器三单相全桥的结构，采用三组单相全桥的逆变器结构，各相结构相同，均如图18所示。控制方式上，三组相互，分别补偿各相发生的电压跌落现象，同时，三相基准参考信号的相位相隔120°，保证三相的对称性。

由于我国大部分中低压电网都采用三相四线制结构，三相电压不平衡的情况很常见，采用三单相桥的结构能方便的补偿电压不平衡。在研究三相DVR的工作原理时可简化为讨论单相的DVR,而且控制比较简单。缺点是与三相全桥逆变器相比其器件成本相对较高。

图18单相全桥逆变器目前应用于变流器的全控器件主要有GTR、IGBT、GTO晶闸管等。器件的选择，首先应当满足工作频率与器件容量的要求，当单个器件的容量难以满足要求时，可考虑采用

14毕业设计论文器件的串并联或主电路多重化等方法。在满足上述条件下，还应考虑器件的价格。器件种类确定后，确定其额定参数。其中，额定电压由直流侧电压决定，并考虑适当的余量，额定电流由补偿电流决定。

根据以上讨论并结合实际要求，本课题主电路的电压源逆变电路的设计中使用的主功率开关模块是三菱公司的IPM(IntelligencePowerModule，智能功率模块)PM100CLA060。PM100CLA060是新的第五代IGBT(CSTBT)芯片的智能功率模块IPM，内部含有由6个IGBT和6个快速功率二极管组成的三相逆变桥和制动单元，并且包括相应的驱动电路。IPM不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。其内部结构图如图19所示。而且它的保护功能相当完善，内含过电流保护(OC)、短路保护(SC)、驱动电源欠电压保护(UV)、过热保护(OH)、报警输出(ALM)等，当其中任何一种保护功能动作时，IPM将输出故障信号F0。

图19PM100CLA060模块内部结构图其外部使用接线资料图如图20所示。由图20中的线路图可知道需要焊接的电路为故障信号检测电路、外部驱动电路、电压源电路。因为共6个IGBT器件，故需要六个触发电路，上桥臂分别用3个故障信号检测电路以及3个电压源电路，下桥臂可以共用一个电压源电路和一个故障信号检测电路。

15毕业设计论文图20PM100CLA060接线图根据以上的分析，可分别得出IPM模块的信号检测电路、外部驱动电路、电压源电路的设计图。图21中为信号检测电路图，该电路主要运用高速光电隔离器，当发生故障时可以显示故障，并通过F0启动外部保护电路。图22为外部驱动电路，来自控制电路的PWM信号经R2限流，再经高速光耦HCPL-4504隔离并放大后接IPM内部驱动电路并控制开关管工作。其中每个开关管的控制电源端采用隔离的稳压。图23为电压源电路，主要为IPM提供稳定的电压，是通过DC/DC电压转换器来实现的。关于各块具体使用会在以后设计中更加深入的研究和说明。

图21信号检测电路16毕业设计论文图22触发电路图图23电压源电路图3.4.3串联变压器的选取

串联变压器的设计与DVR的主电路结构以及系统参数等有很大的关系。是否采用串联变压器作为补偿电压的注入方式有两种思路:一种是使用串联变压器，补偿电压通过串联变压器耦合到电网中去。另一种是不使用串联变压器，而是将补偿电压通过滤波电容直接耦合到电网中去。

串联变压器的优点主要有两个：一个是降低逆变器直流侧电压等级，串联变压器变比的引入可以减小开关器件的管压降；另一个是电气隔离，通过串联变压器，DVR可以与电网隔离。当然使用串联变压器存在一系列的缺点:

（1）逆变器产生高次谐波给变压器设计带来困难，使得变压器的容量上升；（2）串联变压器和滤波电感、电容相互影响带来附加的相移和电压跌落，从而影响控制器的性能；

（3）使用串联变压器增加了成本，而且占地面积较大。

不使用串联变压器时，滤波电容将直接耦合在线路中。这种方案的优点是:省了变压器，结构简单，降低了成本，但由于没有变压器的降压与隔离作用，系统电压将通过电容直接作用于逆变器的桥臂。

17毕业设计论文通过以上分析并考虑实际要求，此处选择的串联变压器方式。结合要求，计算可知道变压器选取为变比1：1，其容量S=3×170VA考虑一定的裕量选为600VA。3.4.4输出滤波器的设计

图24给出了滤波器在DVR装置中可能的安装位置。滤波器的位置对DVR的性能影响很大，如果将滤波器放置在逆变器侧(A处)，则可以降低串联变压器的设计容量，这主要是滤波器可以将逆变器开关的高次谐波去掉，同时，滤波器也会引起相移和幅度的衰减，给滤波器和控制器的设计带来了难度。如果把滤波器放置在线路侧(B处)，则可以利用变压器的漏感作为滤波电感，从而减少了一个滤波电感。其缺点在于串联变压器要处理高次谐波功率，它的容量必然要增大，同时滤波效果也不好。如果将滤波器放在线路侧(C处)，该结构的优点是可以用电感来消除串联变压器漏感的分布参数的影响。在控制上可以使控制器方便的取样电感或电容电流，进行电流模式控制。因此本课题将滤波器置于A点。

图24滤波器放置位置示意图3.4.5直流储能单元的选取

DVR须向系统提供有功功率，系统发生故障时，这些能量均由DVR的直流储能单元提供。得到有功功率的方法有以下四种方式：

(1)利用大电容储能的方式

当系统未发生电压跌落时，系统通过逆变器给电容器充电，电容器被充电到一定的数值；当系统发生电压跌落时，逆变器向系统输出功率，在电容电压跌落到一定数值前，可以基本维持用户电压不变。因此，储能电容器的容量决定了DVR在故障期间可以提供的能量。这种方案的优点是使DVR的结构简单、造价低、容易实现，缺点是只能提供有限的能量，了DVR的补偿能力。随着超级电容的出现，这种储能方式的应用前景将更为广泛。

18毕业设计论文(2)采用不控整流方式

当直流侧采用不控整流时，DVR可连续获得能量，可以补偿因故障造成的稳态电压扰动。当直流侧的能量从系统整流获得时，在系统侧即使发生单相故障，其它两相仍可提供电能维持DVR正常运行。这种方案的优点是增加了一个不控整流桥，降低了电容器的容量，成本上没有增加多少，而且可以提供持续的能量,缺点是直流侧会产生100Hz的低频纹，能量只能从系统向逆变器单方向流动。

(3)采用PWM整流的方式

和不控整流桥相比较，PWM整流采用的是全控型电力电子器件，控制方式采用脉宽调制技术(PWM)。这种方案的优点是由于采用全控型器件，可以保证电容电压的恒定，同时能量可以双向流动，从而解决了电压浪涌的问题,缺点是增加了成本，而且电路控制比较复杂。

(4)超导储能(SMES)

超导储能是将能量以电磁能的形式储存在超导线圈中的一种快速、高效的储能装置。这种方案的优点是具有储存能量大、转换效率高、响应迅速、对环境无污染、控制方便、使用灵活等优点，在电力系统中有着广泛的应用前景。但由于超导材料的研究进展、超导部件制造水平的和SMES运行性能的制约，超导技术目前还无法在电力系统中广泛应用。

本课题研究的动态电压恢复器（DVR）主要是用于治理电压跌落的问题，在直流储能单元的选取上，需要考虑能量的连续性，装置的经济性，以及控制的简便性，因此。综合起来，选用控制简单、成本低的不控整流作为直流能源。同时，逆变器环节若采用一定的控制策略，可以极大的消除不控整流带来的影响。3.4.6主电路参数的设定

基准相电压有效值：UL220V。基波频率：f50Hz。电压补偿范围：0～66V。

变压器变比为1:1，容量S=800VA（3170并考虑一定的裕量）。开关频率选取为f12.8kHz。

补偿电压有效值的最大值为220V30%66V。电容的电压值Udc22U=2，考虑到裕量选400V。串联侧滤波器，根据公式可得：L20.86mH，C121.55F

19毕业设计论文4课题设计后期计划经过大半学期的准备，本课题的硬件部分的设计已经基本完成，先进行Matlab/Simulink仿真，然后进行包括检测电路、调理电路、驱动电路以及过零检测电路和直流电压源电路等的设计及相应的Proteus仿真。但是在这个过程中也暴露了许多问题，经过老师的指导和自己的努力，大部分问题都已经解决。当然，不得不承认在中期检查时仍有一些不足，下面将它们列写出来：对于主电路的变压器的型号、滤波器的LC值的选取、储能电容的选择、开关器件的型号以及其驱动电路的设计思路。对于以上这些部分我不能完全理解，仍需要加强理解并将它们在终期报告中更加具体的说明。

至于硬件电路的焊接仍在进行中，根据所设计的图纸以及相关资料，经过一定的调试，一定能达到理想的效果。

后期的课题计划如下：

第10周：焊接好检测、调理电路及直流电压源电路，并调试；第11周：焊接驱动电路，并调试；

第12周：结合软件程序，结合硬件电路调试；第13周以后：准备毕业设计论文，准备好毕业答辩。

20毕业设计论文附件一：DVR的Matlab/Simulink仿真模型21毕业设计论文附件二：Matlab仿真结果22毕业设计论文参考文献[1]HeydtGT.PowerQualityEngineering[J].IEEEpowerEngineeringReview,2001,21(9):5-7[2]陈警众.电能质量讲座第一讲：电能质量的常规要求[J].供用电，2000,17(3):53-55[3]DuganRC,MegranghanMF,BentyHW.ElectricalPowerSystemsQuality[Z].NewYork:McGraw-Hill,1996:1-33[4]G.V.NageshKumar,D.DeepakChowdary.DVRwithSlidingModeControltoalleviateVoltageSagsonaDistributionSystemforThreePhaseShortCircuitFault[J].IEEERegion10Colloquium,2008,12[5]胡铭.电能质量及其分析方法综述[J].电网技术,2000,24(2):36-38[6]朱桂萍,王树民.电能质量控制技术综述[J].电力系统自动化,2002,26(19):28-32[7]AlvesMF,RibeiroTN.VoltageSag:AnOverviewofIECandIEEEStandardsandApplicationCriteria[C].TransmissionandDistributionConference,1999(2):585-5[8]杨洪耕,肖先勇,刘俊勇.电能质量问题的研究与技术进展（三）[J].电力自动化设备,2003,23(12）:1-4[9]HoCN-M,ChungHSH,AuKTK.DesignandImplementationofafastDynamicControlSchemeforCapacitor-SupportedDynamicVoltageRestorer[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2008.23(1):237-251[10]王宾,潘贞存,董新洲.电压跌落的配电线路全线速切治理方案[J].电网技术,2006,30(21):84-88[11]HingoraniNG.IntroducingCustomPower[J].IEEESpectrum,1995,32(6):44-48[12]ChowdhuryBH.PowerQuality[J].IEEEPotentials,2001,20(2):5-11[13]郑建超.电力前沿技术的现状和前景[J].中国电力,1999,32(10):9-14[14]Al-HadidiK,GoleAM,JacobsonDA.MinimumPowerOperationofCascadeInverter-BasedDynamicVoltageRestorer[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2008,23(2):8–8[15]TakushiJ,HideakiF,HirofumiA.AnApproachtoEliminatingDCMagneticFluxfromtheSeriesTransformerofaDynamicVoltageRestorer[J].IEEETransactionsonIndustryApplications,2008,44(3):809–816[16]ConradLE,BollenMHJ.Voltagesagcoordinationforreliableplantoperation[J].IEEETransactionsonIndustrialApplication,1997,12(33):1459-14[17]ArunA,KevinC,ThomasJ,etal.InnovativeSystemSolutionsforPowerQualityEnhancement[J].ABBReview,1998(3):4-12[18]赵剑锋,蒋平,唐国庆.配电系统电能质量补偿器的仿真研究[J].电力电子技术,2000(3):34-36[19]World’sLargestPowerQualitySystem,IEEEPowerEngineeringReview,2000,12:41[20]王延杰.谐波型动态电压恢复器[D].北京:华北电力大学,2006[21]GhoshA,LedwichG.StructuresandControlofaDynamicVoltageRegulator[J].IEEETransctionsonPowerDelivery,2001(7):1027-1032[22]唐志.串联型电能质量控制器实验样机的研制[D].北京:清华大学,2002[23]韩民晓,尤勇,刘昊.线电压补偿型动态电压调节器(DVR)的原理与实现[J].中国电机工程学报,23(12):49-53[24]蒋平,赵剑锋,唐国庆.串联型电能质量补偿器的试验研究[J].电力系统自动化,2001,25(4):41-44[25]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社,2006[26]赵剑锋.基于电压型逆变器的可连续运行的动态电压恢复器的研究[D].南京:东南大学,200123