一种基于超级电容储能的新型交流电压动态调节器-北极星储能网

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摘要：提出了一种新型单相交流电压动态调节器方案，采用双半桥变换电路分别进行串联电压补偿和直流储能调节。其中超级电容器组在公共直流侧的使用不仅保证了补偿电压凹陷和严重跌落所需能量，而且显著降低了储能调节变换器的启动次数和工作时间。根据不同的能量平衡方式，分析了该调节器的多模式运行方式以及串联电压补偿和直流储能控制规则。最后5kVA样机的实验结果表明所提出的方案在动态电压恢复和谐波抑制方面具有良好表现。

俞红祥，沈亚强，马世平

(浙江师范大学交通学院，浙江省金华市321004)

0引言

大功率电力电子变换装置的广泛应用已经给配电网带来了严重的电能质量问题[1]。在这些问题中，电压波动包括暂降、骤升、凹陷、闪变等造成的危害最为普遍[2-3]，它们会导致自动控制设备异常、计算机数据丢失等事故，继而造成重大的经济损失。

为了降低该类风险，在敏感负载端使用各种交流电压稳定和调节装置已成为应用趋势。现有的大容量交流稳压电源主要是基于自耦变压器和晶闸管控制多抽头变压器，不但动态响应速度低且不具备谐波抑制能力。而以脉宽调制(PWM)逆变器和斩波器[4]为核心的交流净化电源虽然提供了理想的电压波形，但受到主电路效率尤其是成本的约束，目前仍局限于较小的应用范围。近年提出的基于串联补偿方式的各种有源交流电压调节装置以其主电路容量小、响应速度快和运行效率高的特点受到了广泛关注和深入研究[5-6]，已成为交流电压调节主要发展方向之一。为了实现输出电压双向快速调节，文献[7]采用了双极性交流斩波器对系统电压进行串联补偿;文献[8]还运用不可控整流桥供电的电压源逆变器同时实现了电压跌落和谐波补偿。然而，这些方案很少同时考虑对输出电压的双向调节和波形畸变补偿;特别是由于缺少足够的储能容量，当系统电压发生持续跌落或凹陷时仍会发生欠补偿，从而威胁负载的不间断运行。

本文提出一种基于超级电容储能的新型单相交流电压动态调节器方案，采用双半桥变换电路分别进行交流电压补偿和直流储能调节。其中串联补偿电路所采用的电压动态补偿技术使其可以抑制包括幅值波动和波形畸变等类型的电压扰动;而公共直流侧超级电容组的使用既保证了补偿系统电压严重跌落和凹陷所需能量，还可以显著降低系统对直流电路瞬时功率平衡控制的要求，并减少储能调节变换器的启动次数和工作时间，从而确保输出电能质量和调节器的高效可靠运行。

1电路结构与工作模式

基于超级电容储能交流电压动态调节器的电路结构如图1所示，它主要由双半桥变换电路、直流超级电容组C1与C2、串联耦合变压器T1、旁路开关以及开关频率LC滤波器组成。

图1中主开关S1和S2与超级电容组C1和C2一起组成串联补偿电压源逆变器，辅助开关S3和S4与超级电容组C1和C2构成储能调节PWM整流器，对超级电容组进行充放电控制，以实现长期稳定的直流电压。由于超级电容组的储能容量和密度远大于传统的铝电解电容[9]，补偿短时电压凹陷、骤变所产生的不平衡能量对直流电压的影响很小，无需启动S3和S4即可保证直流侧不发生过电压、欠电压。因此，根据不同的直流能量平衡方式，超级电容储能交流电压动态调节器分别工作于如下3个模式：

原标题：一种基于超级电容储能的新型交流电压动态调节器

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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