20世紀(jì)80年代以來(lái)，電壓暫降已成為電能質(zhì)量中最為突出的問(wèn)題之一，也是造成生產(chǎn)損失最主要的因素。IEEE將工頻條件下電壓下降到額定值90%~10%的現(xiàn)象定義為電壓暫降，將電壓暫降發(fā)生時(shí)電壓的均方根值與額定電壓均方根值的比值定義為暫降幅值，將暫降從發(fā)生到結(jié)束之間的時(shí)間定義為持續(xù)時(shí)間。造成電壓暫降的因素有很多，如電力系統(tǒng)故障、負(fù)載的非線(xiàn)性、大型電機(jī)的啟停、雷擊等。因此有必要對(duì)電壓暫降進(jìn)行深入的研究。

　　目前電壓暫降發(fā)生器（VSG）有基于放大器、基于開(kāi)關(guān)阻抗、基于逆變器和基于調(diào)壓器4種類(lèi)型。基于放大器的VSG主要由工作在線(xiàn)性放大區(qū)基金項(xiàng)目：安省教育廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（K2009A144）；安省高等學(xué)校省級(jí)優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目（2009SQRZ098）研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。

　　的功率器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有波形較豐富，動(dòng)態(tài)特性好的特點(diǎn)，但存在造價(jià)高、功耗大、功率低等問(wèn)題；基于開(kāi)關(guān)阻抗形式的VSG結(jié)構(gòu)與控制簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，但能量損耗大，不能實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)；基于逆變器的VSG能模擬多種電壓故障，如電壓暫降與暫升、諧波、三相不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行等，但由于輸出需要電容濾波，從而影響了其電壓暫降的快速性；基于變壓器與全控型交流電子開(kāi)關(guān)的VSG具有響應(yīng)速度快、效率高、能量可雙向流動(dòng)等特點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)任意時(shí)刻的電壓暫降與暫升、不規(guī)則波形的輸出。

　　2基于自耦調(diào)壓器的VSG原理與結(jié)構(gòu)2.1VSG工作原理示出基于自耦調(diào)壓器與全控型交流電子開(kāi)關(guān)的VSG原理圖。KIQ各為由一對(duì)反向并的串聯(lián)快恢復(fù)二極管的逆阻式IGBT組成的全控型交流電子開(kāi)關(guān)。串聯(lián)快恢復(fù)二極管的原因是所選的逆阻式IGBT所能承受的反壓低。中，若自耦調(diào)壓器滑動(dòng)端a在b點(diǎn)以下，當(dāng)閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，輸出電壓u為正常電壓；當(dāng)Ki斷開(kāi)，IK2閉合時(shí)，為暫降電壓；若滑動(dòng)端a調(diào)到d點(diǎn)，當(dāng)斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，u=0，VSG產(chǎn)生電壓中斷事件；若滑動(dòng)端a調(diào)到b點(diǎn)以上，如圖中c點(diǎn)，此時(shí)斷開(kāi)，IQ閉合，產(chǎn)生電壓暫升事件。還可通過(guò)控制Ki，IK2的通斷實(shí)現(xiàn)不規(guī)則波形的輸出。

　　基于自耦調(diào)壓器的VSG原理。2VSG結(jié)構(gòu)介紹基于自耦調(diào)壓器的VSG結(jié)構(gòu)框圖如所示，它主要由5部分組成：①單相自耦調(diào)壓器，為VSG提供正常電壓與暫降電壓兩個(gè)電壓等級(jí)；②全控型交流電子開(kāi)關(guān)，接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，按驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求通斷，實(shí)現(xiàn)功率的輸出；③驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路，主要起信號(hào)隔離與放大的作用，它接收DSP發(fā)出的控制信號(hào)，將其隔離放大來(lái)驅(qū)動(dòng)全控交流電子開(kāi)關(guān)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)逆阻式IGBT的導(dǎo)通電壓u，若其大于一定值，則認(rèn)為逆阻式IGBT發(fā)生過(guò)流故障，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)自動(dòng)封鎖其驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將故障信號(hào)傳遞給DSP，DSP將從軟件上封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖，同時(shí)DSP輸出一開(kāi)關(guān)量給繼電器，斷開(kāi)輸入電壓，從而更好地實(shí)現(xiàn)了全控型交流電子開(kāi)關(guān)故障保護(hù)；④DSP+信號(hào)調(diào)理電路，是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理與控制核心，通過(guò)串口接收上位機(jī)的控制信號(hào)并檢測(cè)負(fù)載電流的方向信號(hào)，確定調(diào)用四步換流程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)全控交流電子開(kāi)關(guān)的換流控制；⑤PC機(jī)，提供一個(gè)可視化的操作環(huán)境，可顯示故障信息，發(fā)送產(chǎn)生電壓暫降、電壓中斷和不規(guī)則波形等控制信息給DSP.載流號(hào)負(fù)電信VSG結(jié)構(gòu)框四步換流策略四步換流策略是矩陣式變換器中提出的對(duì)全控型交流電子開(kāi)關(guān)安全的換流方法。處于換流期間的開(kāi)關(guān)管必須滿(mǎn)足：①同一時(shí)刻不能有導(dǎo)致輸入端短路的開(kāi)關(guān)組合出現(xiàn)，否則將引起輸入端短路，產(chǎn)生尖峰電流，燒傷器件；②任一時(shí)刻每一輸出相的開(kāi)關(guān)管不能全部關(guān)斷，若關(guān)斷則導(dǎo)致感性負(fù)載的電流沒(méi)有通路，產(chǎn)生尖峰電壓，甚至擊穿開(kāi)關(guān)管。四步換流策略完全滿(mǎn)足上述兩個(gè)換流條件，可以實(shí)現(xiàn)可靠的換流。下面以為例，來(lái)說(shuō)明四步換流策略在VSG中的應(yīng)用以及如何實(shí)現(xiàn)安全換流。

　　基于自耦調(diào)壓器的單相VSG主電路中，當(dāng)VSG輸出正常電壓ui時(shí)，ui端的兩個(gè)逆阻式IGBT都導(dǎo)通，端的兩個(gè)逆阻式IGBT都關(guān)斷。假設(shè)此時(shí)負(fù)載電流i>0的方向?yàn)檎较?，VSG產(chǎn)生暫降電壓化。根據(jù)四步換流策略，第1步關(guān)斷處于導(dǎo)通狀態(tài)但不流過(guò)電流的IGBT，由于為正方向，因此關(guān)斷VSim；第2步打開(kāi)即將通過(guò)電流的IGBT，由于此時(shí)為正方向，故應(yīng)打開(kāi)VS2n；第3步關(guān)斷VSin；第4步打開(kāi)VS2m.換流時(shí)序圖如所示。

　　換流時(shí)序圖經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，VSG輸出的電壓為u2，產(chǎn)生暫降電壓。由換流過(guò)程可見(jiàn)，該換流策略不會(huì)引起輸入側(cè)短路與輸出側(cè)開(kāi)路，并且有50%的概率實(shí)現(xiàn)零電流換流，減小開(kāi)關(guān)損耗。

　　4驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路全控型交流電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)一直以來(lái)都是研究熱點(diǎn)。而傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路不能直接應(yīng)用于全控型交流電子開(kāi)關(guān)控制，這是由于該開(kāi)關(guān)在操作過(guò)程中要承受反壓，若直接驅(qū)動(dòng)全控型交流電子開(kāi)關(guān)，就有可能損壞驅(qū)動(dòng)電路與開(kāi)關(guān)管。在此應(yīng)用如所示解決方法。圖中比較電壓Uf2V，比較器LM311實(shí)時(shí)檢測(cè)集射兩端電壓，一旦ure超過(guò)Uinf，則LM311輸出低電平，光耦454輸出高電平，M57962L的1腳檢測(cè)到高電平，進(jìn)而關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，達(dá)到保護(hù)逆阻式IGBT的作用。

　　全控交流電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)原理圖（b）丨lev母線(xiàn)無(wú)功電流變化曲線(xiàn)5實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)所給的VSG結(jié)構(gòu)框圖搭建了實(shí)驗(yàn)電路。

　　在該電路中，選擇F2808為控制芯片，1MBH-100逆阻式IGBT組成全控型交流電子開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，四步換流每步延時(shí)為2，換流完成不到10，從而保證了電壓暫降的快速性。實(shí)驗(yàn)波形見(jiàn)。

　　（a>4波的電壓葜阡與恢復(fù)（b）不規(guī)則波彤一（<不規(guī)則濁形二實(shí)驗(yàn)波形（上接第87頁(yè)）其大小為Z=0.903mH，短路容量為民=325MVA，在電流峰值時(shí)，電壓下降為：由于AU超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10kV電網(wǎng)電壓變化±7%，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。

　　實(shí)驗(yàn)波形5結(jié)論這里通過(guò)研究極向場(chǎng)及其供電電源的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，找出計(jì)算10kV母線(xiàn)處無(wú)功功率的方a為周期為4周波的電壓暫降與恢復(fù)波形，電壓跌落幅度為40%.b，c為兩個(gè)不規(guī)則波形，其中b在一個(gè)周波內(nèi)換流了2次，c在一個(gè)周波內(nèi)換流了4次。

　　6結(jié)論在此將矩陣式變換器中的一些技術(shù)應(yīng)用到電壓暫降發(fā)生器中，又為其全控型交流電子開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)了新型的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電壓暫降發(fā)生器系統(tǒng)可以模擬多種類(lèi)型的電壓故障波形。不足之處在于，該電壓暫降發(fā)生器系統(tǒng)是基于檢測(cè)負(fù)載電路方向來(lái)實(shí)現(xiàn)四步換流的，對(duì)小電流準(zhǔn)確性判斷存在一定困難。