SSTS与DVR的协调控制策略

张宸宇，史明明，陈兵，等.SSTS与DVR的协调控制策略[J].电力工程技术，2017,36(3): 22-27.

ZHANG Chenyu, SHI Mingming, CHEN Bing, et, al. Coordinated Control Strategy of SSTS and DVR[J]. Electric Power Engineering Technology, 2017, 36(3): 22-27.

SSTS与DVR的协调控制策略

张宸宇，史明明，陈兵，郑建勇，缪惠宇

1. 研究背景

由于半导体制造、IT行业、精密仪器、PLC控制的工业设备等敏感负荷的增加，电压跌落问题变得越来越突出。电压跌落会导致敏感负荷发生故障、停运、损坏等种种问题，可能给用户带来巨大的经济损失。电压跌落是指电压有效值下降到标称值的10%~90%，持续时间为半个周波到1min的电压下降过程。对于敏感负荷，电压跌落的时间越长，深度越大，对设备的危害就越严重。因此，对电压跌落补偿设备的速动性提出了很高的要求，而快速准确地检测系统电压的跌落是电压跌落补偿设备快速动作的前提和关键。

为了充分发挥固态切换开关（SSTS）容量大和动态电压恢复器（DVR）响应迅速的优点，本文通过一种结合单相dq变换和形态学滤波器的单相电压跌落检测方法精确检测单相电压暂降，在此基础上提出一种基于电压跌落等级划分与时序配合的DVR与SSTS协调控制方法，实现了DVR和SSTS的协调动作，保障了敏感负荷的持续高质量供电。

2. SSTS和DVR的工作特性及协调控制策略

典型的SSTS和DVR连接系统拓扑结构如图1所示。图1为系统的单相等效电路，2个110kV的变电站给工业用户供电。

图1 含SSTS和DVR系统拓扑

系统中包含DVR和SSTS的2种DFACTS设备。两者均可抑制电压跌落、供电短时中断，但二者在拓扑结构、作用原理、响应速度等方面存在较大差异，二者用于不同的电压等级。

2.1 DVR工作特性

DVR是一种全控型电力电子设备，通过监测公共连接点（PPC）电压变化，利用耦合变压器向系统中串联注入幅值和相位可调的三相独立的交流电压，使PPC在可能发生电压暂降时依然保持正常值。由DVR的拓扑特性可以看出DVR能够补偿电压跌落、电压暂升、电压谐波、三相电压不平衡。本文采用的DVR模型具有如下特点：

(1)应用于380V电压等级；(2)可以分相控制，补偿电压跌落、电压暂升、电压谐波、三相电压不平衡；(3)采用前馈控制和负载电压外环、滤波电容电流内环的双闭环控制策略，具有良好的动态响应速度和补偿效果，并且稳定裕度较高，克服了开环控制系统阻尼小引起的DVR输出电压等幅振荡等缺点；(4)响应速度小于5ms；(5)最大补偿40%的电压跌落。

2.2 SSTS工作特性

SSTS应用在电网双路供电电源的场合，可以在监测到某路电源发生故障时，以毫秒级的速度将敏感或重要负荷切换到无故障线路上，从而使敏感或重要负荷免受电压跌落、短时中断的影响，满足敏感或重要负荷对电能质量和供电可靠性的要求。本文采用的SSTS模型具有如下特点：

(1)应用于10kV电压等级；(2)采用过零切换的换流方式；(3)切换时间小于20ms。

2.3 SSTS和DVR协调控制策略

DVR和SSTS的协调控制策略如图2所示，其中V为系统电压测量值。首先根据敏感负荷耐受电压的能力以及DVR装置的补偿容量对电压跌落等级进行划分。

图2 DVR和SSTS协调控制策略

本文设定的电压阈值为额定电压的85%和60%。系统电压介于额定电压的85%和60%之间定义为跌落等级1；系统电压小于额定电压的60%定义为跌落等级2。检测系统电压值，以确定电压跌落的等级并结合电压跌落的持续时间确定DVR和SSTS是否启动及具体的动作时序。为了增强整体的灵活性，一些DVR功能被集中在SSTS控制器上，即SSTS作为主控设备，DVR作为从控设备，DVR和SSTS之间具有通信功能。SSTS的控制器进行电压有效值的计算，确定电压跌落的等级。

3. 仿真验证

仿真采用的DVR和SSTS模型如前所述。在各种异常工况下，对DVR和SSTS的协调控制进行仿真验证和分析。

3.1 工况一

母线3发生30%的三相电压跌落，持续时间为0.4s。图3(a)为母线3的A相电压，图3(b)为母线6的A相电压，图3(c)为敏感负荷侧母线7的A相电压，图3(d)为DVR注入的A相电压波形。系统发生30％电压跌落时，DVR不启动；一旦电压跌落持续时间超过2ms，DVR迅速启动，补偿电压跌落使负载电压达到额定值。为了防止A/D转换误差、电压脉冲、外界高频干扰引起的DVR误动作， 电压跌落持续时间超过2ms后才启动DVR。

图3 工况一仿真波形

3.2 工况二

母线3发生40％的电压跌落，持续时间为0.2s。此时DVR与SSTS的协调控制过程分为以下几个阶段：

(1)发生电压跌落的瞬间，如图4(a)所示，DVR投入运行，如图4(b)所示，使负载电压维持在额定值，如图4(c)所示；

(2)母线3电压跌落持续时间超过2ms后，启动SSTS，闭锁DVR。在1个工频周期内，将敏感负荷切换到备用电源侧，使负载电压维持在额定值，如图4(c)所示；

(3)SSTS完成切换后，启动DVR，使负载电压达到额定值。主要目的是补偿负载切换至无故障线路后的电压暂态过程，如图4(b)所示；

(4)发生电压跌落0.2s后，主电源侧恢复正常，如图4(a)所示。启动SSTS，将负荷切换至主电源。

图4 工况二仿真波形

4. 结束语

本文提出一种结合单相dq变换和形态学滤波器的单相电压跌落检测方法，满足单相电压跌落检测准确性和实时性的要求；提出一种基于电压跌落等级划分与时序配合的DVR与SSTS协调控制方法，实现了不同电压等级下DVR和SSTS的协调动作；基于Matlab/Simulink的仿真模型验证了本文提出的协调控制策略的正确性和有效性。