单相DVR装置的设计探讨

史国兴

摘 要：本文探讨DVR的工作过程，通过设计好的电压检测装置实时跟踪电网的电压波动，使加在负载上的电压保持稳定。

关键词：单相DVR装置 设计 探讨

在生产过程中，由于电力电子设备的应用，加之电力系统中非线性负荷容量，导致电压的波动，严重影响着电能质量。为此，笔者探讨单相DVR装置的设计。

一、结构设计

图1 系统结构

一个典型的DVR的结构如图1所示。从图中可以看到DVR主要由电压源逆变器、串联变压器、储能装置和滤波器几部分构成。在DVR中，各单元前后联系，相辅相成，因此需要整体设计。

二、工作原理与硬件组成

DVR的工作过程是通过设计好的电压检测装置实时跟踪电网的电压波动，当检测到波动后，将波动信号与预先设置好的标准电压信号进行比较，然后将两个信号的差值经过一定比例放大后传送到补偿环节，补偿环节根据设置好的补偿算法，计算出补偿量的相角和幅值，经过SPWM正弦脉宽调制产生SPWM调制信号，通过该信号来控制逆变电路全控开关器件的通断，生成补偿电压，然后通过滤波电路滤除高次谐波，最终保证加在负载上的电压保持稳定。其控制电路硬件结构框图，如图2所示。

图2 硬件结构框图

标准电压信号可以通过信号发生器预先设置，也可以通过系统稳定状态时的电压采样信号延展得来。我们采用第二种方式提供标准电压信号，通过这种控制，能保证DVR系统具有快速的响应能力，并且控制电路比较简单，是一种比较实用的DVR控制方式。

三、控制参数

在数字控制系统中，控制参数的设置决定了系统输出信号的质量。在动态电压恢复器系统中，逆变电路起着核心的作用，它的控制系统相关参数的设置对系统的补偿效果起着决定性作用，通过对整个DVR系统的参数分析和逆变电路的控制研究，我们将采用双环控制，通过瞬时值内环获得快速的动态反应，降低波形畸变；通过平均值外环保证输出信号的精度。

在确定了内环转折频率和PL控制器零点后，我们要确定补偿后的穿越频率。经过分析，穿越频率设置的高低会影响到系统的跟随性能和补偿相角的裕度，当穿越频率接近低频段时，系统的稳定性较高，但跟随性能下降。当穿越频率往滤波器转折频率偏移时，系统跟随能力提高，但是系统稳定裕度下降。经过综合考虑，我们确定穿越频率为转折滤波器转折频率的1/10。

在设计好内环相关参数后，与内环参数的设计类似，我们可以将内环闭环看做是平均值外环的控制对象，此时有内环控制的设计为基础，外环控制的设计就会相对简单，内环的输入端为正弦信号，输出也是等效的正弦波，因此设计外环控制时，被控对象传递函数能够直接给出。

例如：Kpwm为逆变桥增益，R/（LCRs2+Ls+R）为LC滤波器传递函数，H1（s）为瞬时值内环PI调节器，H2（s）为平均值外环PI调节器。G（s）（包括逆变桥增益和LC滤波器传递函数）为受控对象，其输出信号（电压）通过整流滤波环节后与给定参考信号Vrms进行比较，得到的误差信号经过外环调节器后得到一个新的参考信号幅值，该参考信号幅值与正弦信号结合生成内环给定信号，然后与G（s）输出瞬时电压信号比较得到一个误差信号，该信号通过内环PI调节器计算得到内环控制信号。内环控制信号最终传送到PWM发生器中，与三角载波信号调制比较后产生PWM信号，由驱动电路对逆变桥的开关器件进行开关控制。

四、软件设计思路

系统的软件控制主要由软件主程序和周期中断子程序组成，系统的主程序从整体上设计了整个控制过程中的各个环节的实现步骤。DSP控制电路的控制过程主要是：系统出现电压波动，DSP投入运行，第一步先关掉所有中断，设置好时钟电路的相关参数，完成初始化设置，启动定时器，打开总中断，进入等待模式，然后开总中断进入循环等待状态。在出现中断时，进入周期中断子程序，若一直没有中断，系统始终处于死循环；在中断程序完成时，返回主程序。

（作者单位：淄博市技师学院）