Abstract: Automatic voltage  control (AVC) is the most economical and effective user power device to solve the problem of dynamic voltage quality, which is widely concerned by domestic and foreign electric power researchers. In order to advance the theoretical research and practical development of dynamic voltage restorer control strategy, it is necessary to study the control strategy of AVC. In this paper, the problem of voltage sag is adopted, and the PID control method is used to control the three-phase non-series transformer AVC, which realizes the fast and accurate compensation of the voltage drop. Simulation and experimental results show that this paper builds the system and the controller model in Matlab/Simulink simulation environment. The simulation results show that the control strategy has good anti - interference ability to load disturbance.

Key words: Power quality; Automatic voltage  control; PID control

【中图分类号】[TH861] 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）03-0000-00  

1 引言

        电能的使用已经广泛进入到各个行业，电能的应用程度可以反应一个国家的经济发展水平和综合国力。电能的需求日益增加，也带来了电能质量问题。随着现代电力用户的用电需求不断增长，对电能质量要求越来越高，而动态电能质量问题已经成为影响电能质量以及供电可靠性的主要问题之一，常见的动态电能质量问题有电压跌落、突升和闪变等。综合来看用户自行安装补偿装置是抑制电压突变最为可行的方式，其中AVC则是性价比最高的补偿装置。

2 AVC系统设计

2.1 系统结构

         动态电压调节器（AVC）是一种串联型电能质量控制器。当电网电压发生暂降时，向线路中注入一个幅值、相位可控的串联补偿电压，以保证负载电压恒定。

        图1所示为串联型AVC，现已投入工业应用的AVC都采用这种结构。串联变压器将逆变部分与电网隔离，且能降低直流母线的电压，方便功率器件的选取。逆变器输出侧采用LC低通滤波器，滤除高次谐波。直流能量采用独立的直流储能供给，保证直流母线电压的稳定。

2.2  主电路结构设计

        本文主要研究基于相电压补偿的AVC结构和控制策略。为实现对AVC中逆变单元输出补偿电压幅值和相位的独立控制，所以三相四线制半桥结构形式如图2所示。

3  检测算法

         AVC的检测算法是AVC关键技术之一，能对电压暂降幅值、相位跳变、持续时间及发生频次等进行实时检测，将所需补偿的畸变电压分量快速准确的检测出来。基于此才能实现对畸变电压的补偿，本文采用三相瞬时无功d-q检测法。

        三相电压首先经Park变换转换到d-q坐标系，用在一个移动窗内求平均值的方法或低通滤波器分离出d-q坐标系下的直流分量，然后求出这两个直流分量的均方根，与标准电压峰值进行比较，继而判断电压的幅值是否暂降，幅值的暂降正是电压发生暂降的判据。由于滤波器响应的延时是不可避免的，求平均值的方法也需要半个周期的历史数据，该算法在d-q坐标系下的直流分量的获得是实时的，因此不但可以准确的检测出电压幅值跌落的深度和电压暂降发生的起止时刻，而且可以准确的检测出基波正序分量相角的跳变，完全满足AVC的检测需求。

        考虑实际电压存在不平衡和畸变，三相系统三相电压可表示为：

 AVC的控制板由3个DSP（TMS320F28335）组成，分为1个主DSP和2个从DSP。主DSP负责AVC整机控制、通信及转发、参数存储、故障录波以及A相补偿的功率控制（若为三相平衡系统，主DSP还需补偿BC相）；2个从DSP分别负责B、C相补偿的功率控制（若为三相平衡系统不需要从DSP）。

        以下对控制结构框图作简要描述：

        （1）主DSP与2个从DSP通过CAN总线接口通信，主要负责参数设置的转发、从DSP状态查询（从DSP工作状态、相位信息等），因为BC两相的电压电流等信息在主DSP中也进行了采集，因此这部分状态参数由主DSP计算后直接传给触摸屏或上位机，以便减少主从机的通信交互；

        （2）主DSP通过RS232接口与触摸屏通信，进行参数设置、状态采集、运行控制等，因为A、B、C三相的设置参数完全一致，所以主DSP需要将设置参数及运行控制信息通过CAN总线转发给从DSP；主DSP周期性的通过CAN总线查询从DSP的状态信息（从DSP工作状态、相位信息等），保存在自身存储器中，以便触摸屏读取这部分信息时能够及时回应；

        （3）主DSP通过RS485接口或CAN接口与上位机通信，其中RS485接口的通信协议与触摸屏的通信协议相同，CAN接口通信协议根据CAN总线的通讯特性另行制定；

        （4）主DSP通过A/D采集3相交流源侧电压、3相交流负载侧电压、3相交流电流、直流电压电流、风机电压反馈等模拟信号，主DSP外扩SRAM进行故障录波；

        （5）若为三相平衡系统，只需要主DSP通过PWM即可控制三相的补偿，若为三相不平衡系统，需要主DSP和2个从DSP对三相进行单独补偿；可通过PWM接口的电阻连接方式选择平衡非平衡工作模式；

        （6）主DSP与从DSP在软件上的功能区别只是从DSP无需考虑AVC整机控制、通信转发、参数存储、故障录波等功能，因此在软件设计方面只需考虑主DSP架构及实现方案即可，再裁剪上述软件功能模块即可完成从DSP的软件程序。以下软件设计均为主DSP的软件实现方案。

          PID控制治理三相平衡系统电压暂降效果如图5所示。PID控制效果比较理想，只在过渡过程中有较小的超调和欠补偿，过渡过程很短。










6   结论

        本文对三相无串联变压器型动态电压调节器的控制策略进行分析和仿真。采用PID控制方法的AVC电压补偿需要满足速度快和精度高的要求。在Matlab/Simulink仿真环境下完成了PI控制在电压暂降与补偿控制状态下的仿真验证。本项目的难点在于三相不平衡电压的补偿控制。本文提到的功率控制算法采用的是d-q变换后的PI环路控制方式，d-q变换只适用于三相平衡系统，对于不平衡系统必须要根据本相的相位和幅值虚拟另外两相电压，然后才能进行d-q变换。而对于交流信号来说在相位角很小的情况下准确的判断本信号的幅值对A/D采集的准确度要求非常高。这部分仿真无法反应A/D的实际情况，因此还需在实际试验平台中验证。

参考文献

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