1  引言

现在电能质量问题成为了许多人所关心的问题，动态电压恢复系统应运而生，比如在自动化连续生产行业中，随着工业化的发展，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，而以电压暂降、短时中断、电压暂升、闪变等为代表的暂态电能质量问题造成的危害最为普遍。统计表明，大型电力用户，幅度超过20%的暂降年发生率在10～20次左右。许多自动化连续生产型企业，如半导体制造、石油炼化和煤化工、火力发电、造纸、化学纤维制造、食品加工、单晶硅和蓝宝石生产、轨道交通等行业，每次电压暂降发生造成的经济损失达数十万至数百万元之多。

2  动态电压恢复系统

2.1  动态电压恢复系统的工作原理

如图1所示，动态电压恢复系统（PDVR）是一种电压源型电力电子补偿系统，通过注入变压器并联于电源和重要敏感负荷之间，它具有很好的动态性能，当电源发生电压暂降、暂升、闪变和短时中断等电压质量问题时，PDVR可在不超过2ms的时间内将敏感负荷侧供电电压恢复到正常值，保证敏感负荷的正常运行^[1]。

图1  工作过程图

当系统电压变低时，DVR输出补偿电压，使负载电压保持恒定，DVR完成了低电压的穿越。当系统发生高电压时，DVR输出补偿电压，使负载电压保持恒定，DVR完成高电压穿越。动态电压恢复系统的工作原理框图如图2所示。

图2 动态电压恢复系统的工作原理框图

2.2  动态电压恢复系统的组成

如图3所示，动态电压恢复系统由很多部分组成，包括开关、变压器、滤波单元、换流单元、储能/取能单元等。其中开关又分为机械旁路开关、固态旁路开关和接入开关。机械旁路开关是由断路器、接触器等机械开关构成，它的作用是用于系统保护和旁路。固态旁路开关由可控电力电子器件构成，它不仅可以快速旁路换流单元，还可以用于装置保护和旁路。而接入开关是由断路器、接触器等机械开关构成，它可以与旁路开关进行配合，在不影响负荷供电的情况下，实现动态电压恢复系统的投切，以进行装置检修、维护。

图3  动态电压恢复系统电路图

如图3所示，动态电压恢复系统由很多部分组成，包括开关、变压器、滤波单元、换流单元、储能/取能单元等。其中开关又分为机械旁路开关、固态旁路开关和接入开关。机械旁路开关是由断路器、接触器等机械开关构成，它的作用是用于系统保护和旁路。固态旁路开关由可控电力电子器件构成，它不仅可以快速旁路换流单元，还可以用于装置保护和旁路。而接入开关是由断路器、接触器等机械开关构成，它可以与旁路开关进行配合，在不影响负荷供电的情况下，实现动态电压恢复系统的投切，以进行装置检修、维护。

该系统中也可以选用变压器，一般在中高压系统中采用变压器，主要是用于实现装置和系统之间隔离及电压变换。除了上述组成部分以外，滤波单元的功能为滤除换流器输出电压中的谐波分量。而换流单元是动态电压恢复系统的核心单元，它通常是一个基本全控器的电压源型换流器，将直流电压换流成交流电压，主要是用来补偿系统电压暂降。储能单元和取能单元是当动态电压恢复系统为补偿状态时为系统提供能量的单元。 

2.3  动态电压恢复系统的主要特点

    动态电压恢复系统具有很多的特点，它的响应速度非常快，整机响应速度不超过2ms，而且对负荷无任何影响。在响应速度快的同时，它的运行功耗也是很低的，当系统正常运行时，系统的平均功耗小于0.5%装置额定功率。对于任何一个系统，都要考虑它的使用寿命，动态电压恢复系统采用超级电容储能，因此系统的使用寿命很长，整机设计使用寿命超过20年。不仅如此，动态电压恢复系统具有很强的环境适应能力，系统的全部器件都是经过“三防”处理的，除了可以在温度-25~＋50℃正常工作以外，还可以在含有粉尘或潮湿的环境中正常工作^[2]。

我们使用任何系统都需要经历一个安装接线的过程，本系统也考虑到了这一点，因此采用了三相电源或三相四线电源进线与三相或三相四线输出，使得动态电压恢复系统的安装接线变得相对比较简单。

除了上述特点以外，动态电压恢复系统的电压补偿范围很宽，当系统电压处于0～150%时，依然可以保证负荷侧供电电压恒定。并且系统对负载的性质没有要求，通常一个动态电压恢复系统可以保护N台各种类型的敏感负载（负载功率相加小于等于PDVR装置容量）。有关动态电压恢复系统的一系列产品设计制造标准都是严格按照《DL/T1229-2013 动态电压恢复器技术规范》执行的。

2.4  动态电压恢复系统的一般技术指标

动态电压恢复系统具有很多的技术指标，比如装机响应时间、额定补偿度、额定补偿时间等等，其中动态电压恢复系统的装机响应时间很小，时间小于2ms（整机响应时间是指检测到系统供电电压越限，至装置输出补偿，负载侧供电电压恢复至设定值的全部时间）。系统的额定补偿度又分为储能型PDVR补偿度、系统取能型PDVR电压暂降补偿度、系统取能型PDVR电压暂升补偿度，这三种类型的补偿度各不相同，储能PDVR补偿度为0～200%额定电压，系统取能型PDVR电压暂降补偿度分为三相40%额定电压、两相30%一相60%额定电压和两相20%一相80%额定电压。而系统取能型PDVR电压暂升补偿度：150%额定电压。动态电压恢复系统的额定补偿时间也不是固定的，分为储能型PDVR额定补偿时间和系统取能型PDVR两种类型。储能型PDVR额定补偿时间主要与储能装置的容量有关，它的通常配置为0.5s～10s。系统取能型PDVR则是支持长时间补偿^[3]。

电压不平衡度、频率跟踪误差、电压总谐波畸变率也属于动态电压恢复系统的一般技术指标。当系统工作在补偿状态时，负荷侧电压的不平衡度小于4%。系统产生的误差很小，系统的频率跟踪误差小于±0.2Hz，它的空载和额定补偿电压下的电压总谐波畸变率小于4％。

大多数系统在工作时都会产生一些噪声，而动态电压恢复系统工作时所产生的噪声很小，它的装置及所属部件在正常工作条件下所产的噪声小于40dB。并且系统工作时产生的损耗也很小，装置在电子旁路状态下的损耗小于额定补偿容量的1％。动态电压恢复系统的补偿精度很高，误差一般小于设定值的2％。不仅如此，系统的电压损失通常也小于2％。并不是系统的所有类型都具有最小补偿间隔时间，储能型PDVR最小补偿间隔时间小于5s，而系统取能型PDVR是没有最小补偿间隔时间限制的。

3  动态电压恢复系统的技术方案比较

3.1  UPS方案

UPS指的是不会间断的电源，主要为电力电子设备提供稳定以及不间断的电力供应。它不仅可以对电压过低的设备进行保护，还可以对电压过高的设备进行保护。UPS方案如图4所示。

图4  UPS方案

    使用UPS方案可以带来很多优势，它可以根据蓄电池的容量应对较长时问的停电在线式工作，而且敏感负荷不会受到电源侧的影响。同时这种方案也有一些弊端，由于所有电力都要经过AC/DC和DC/AC变换，损耗较大，蓄电池的使用寿命有限三相四线的动力UPS价格较高。

3.2  双电源切换方案

倘若在动态电压恢复系统正常工作的过程中突然发生了一些事故导致系统断电，这样就会降低工作的效率，因此我们采用双电源切换方案，这样可以应对系统长时间的停电。但是这种方案也有一定的弊端，如果电压扰动出现在6kV或以上电源时，那么电源切换无效。双电源切换方案如图5所示。

图5  双电源切换方案

3.3  变频器中间储能+UPS方案

采用变频器中间储能+UPS这种方案的优点是系统可以根据蓄电池的容量，应对较长时间的停电低电压发生时，并且这种方案的响应速度较快^[4]。但是这种方案也有一些它自身的缺点，比如它本身并不能够实现高电压的穿越，控制电源需要另加UPS保护，因此这种方案所需要的设备比较多，通常变频器厂家不会为这种方案提供三包服务。变频器中间储能+UPS方案如图6所示。

图6  变频器中间储能+UPS方案

3.4  动态电压恢复系统PDVR方案

采用动态电压恢复系统PDVR方案可以治理包括电压短时中断在内的电压暂降和暂升问题，高速旁路、电力电子开关、双向逆变器实现了三冗余设计，可靠性高，接线简单，四进四出，同时起到对控制电源的保护，并且使用寿命长，超级电容的使用寿命大于15年。同样这种方案也有它自身的缺点，因为超级电容的容量是有限的，因此该方案无法实现长时间的供电。

综合上述四种方案，每种方案都有它自己的优点和缺点，因此我们需要根据不同的情况选择不同的方案。动态电压恢复系统PDVR方案如图7所示。

图7  动态电压恢复系统PDVR方案

4  结论

我们采用动态电压恢复系统，既能解决暂态电能质量问题对用户造成的危害，还能滤除配电

系统中部分谐波。根据用户敏感负荷的分布情况以及供电系统的状况，可采用集中或就地补偿方式。消除暂态电能质量问题对用户敏感负荷的影响，延长设备使用寿命，提升了供电系统的可靠性，保证了生产的连续性，避免设备损坏、火灾、爆炸、人身伤害等事故发生。