張宸宇，史明明，陳兵，等.SSTS與DVR的協調控制策略[J].電力工程技術，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與DVR的協調控制策略

張宸宇，史明明，陳兵，鄭建勇，繆惠宇

1. 研究背景

由于半導體制造、IT行業、精密儀器、PLC控制的工業設備等敏感負荷的增加，電壓跌落問題變得越來越突出。電壓跌落會導致敏感負荷發生故障、停運、損壞等種種問題，可能給用戶帶來巨大的經濟損失。電壓跌落是指電壓有效值下降到標稱值的10%~90%，持續時間為半個周波到1min的電壓下降過程。對于敏感負荷，電壓跌落的時間越長，深度越大，對設備的危害就越嚴重。因此，對電壓跌落補償設備的速動性提出了很高的要求，而快速準確地檢測系統電壓的跌落是電壓跌落補償設備快速動作的前提和關鍵。

為了充分發揮固態切換開關（SSTS）容量大和動態電壓恢復器（DVR）響應迅速的優點，本文通過一種結合單相dq變換和形態學濾波器的單相電壓跌落檢測方法精確檢測單相電壓暫降，在此基礎上提出一種基于電壓跌落等級劃分與時序配合的DVR與SSTS協調控制方法，實現了DVR和SSTS的協調動作，保障了敏感負荷的持續高質量供電。

2. SSTS和DVR的工作特性及協調控制策略

典型的SSTS和DVR連接系統拓撲結構如圖1所示。圖1為系統的單相等效電路，2個110kV的變電站給工業用戶供電。

圖1 含SSTS和DVR系統拓撲

系統中包含DVR和SSTS的2種DFACTS設備。兩者均可抑制電壓跌落、供電短時中斷，但二者在拓撲結構、作用原理、響應速度等方面存在較大差異，二者用于不同的電壓等級。

2.1 DVR工作特性

DVR是一種全控型電力電子設備，通過監測公共連接點（PPC）電壓變化，利用耦合變壓器向系統中串聯注入幅值和相位可調的三相獨立的交流電壓，使PPC在可能發生電壓暫降時依然保持正常值。由DVR的拓撲特性可以看出DVR能夠補償電壓跌落、電壓暫升、電壓諧波、三相電壓不平衡。本文采用的DVR模型具有如下特點：

(1)應用于380V電壓等級；(2)可以分相控制，補償電壓跌落、電壓暫升、電壓諧波、三相電壓不平衡；(3)采用前饋控制和負載電壓外環、濾波電容電流內環的雙閉環控制策略，具有良好的動態響應速度和補償效果，并且穩定裕度較高，克服了開環控制系統阻尼小引起的DVR輸出電壓等幅振蕩等缺點；(4)響應速度小于5ms；(5)最大補償40%的電壓跌落。

2.2 SSTS工作特性

SSTS應用在電網雙路供電電源的場合，可以在監測到某路電源發生故障時，以毫秒級的速度將敏感或重要負荷切換到無故障線路上，從而使敏感或重要負荷免受電壓跌落、短時中斷的影響，滿足敏感或重要負荷對電能質量和供電可靠性的要求。本文采用的SSTS模型具有如下特點：

(1)應用于10kV電壓等級；(2)采用過零切換的換流方式；(3)切換時間小于20ms。

2.3 SSTS和DVR協調控制策略

DVR和SSTS的協調控制策略如圖2所示，其中V為系統電壓測量值。首先根據敏感負荷耐受電壓的能力以及DVR裝置的補償容量對電壓跌落等級進行劃分。

圖2 DVR和SSTS協調控制策略

本文設定的電壓閾值為額定電壓的85%和60%。系統電壓介于額定電壓的85%和60%之間定義為跌落等級1；系統電壓小于額定電壓的60%定義為跌落等級2。檢測系統電壓值，以確定電壓跌落的等級并結合電壓跌落的持續時間確定DVR和SSTS是否啟動及具體的動作時序。為了增強整體的靈活性，一些DVR功能被集中在SSTS控制器上，即SSTS作為主控設備，DVR作為從控設備，DVR和SSTS之間具有通信功能。SSTS的控制器進行電壓有效值的計算，確定電壓跌落的等級。

3. 仿真驗證

仿真采用的DVR和SSTS模型如前所述。在各種異常工況下，對DVR和SSTS的協調控制進行仿真驗證和分析。

3.1 工況一

母線3發生30%的三相電壓跌落，持續時間為0.4s。圖3(a)為母線3的A相電壓，圖3(b)為母線6的A相電壓，圖3(c)為敏感負荷側母線7的A相電壓，圖3(d)為DVR注入的A相電壓波形。系統發生30％電壓跌落時，DVR不啟動；一旦電壓跌落持續時間超過2ms，DVR迅速啟動，補償電壓跌落使負載電壓達到額定值。為了防止A/D轉換誤差、電壓脈沖、外界高頻干擾引起的DVR誤動作， 電壓跌落持續時間超過2ms后才啟動DVR。

圖3 工況一仿真波形

3.2 工況二

母線3發生40％的電壓跌落，持續時間為0.2s。此時DVR與SSTS的協調控制過程分為以下幾個階段：

(1)發生電壓跌落的瞬間，如圖4(a)所示，DVR投入運行，如圖4(b)所示，使負載電壓維持在額定值，如圖4(c)所示；

(2)母線3電壓跌落持續時間超過2ms后，啟動SSTS，閉鎖DVR。在1個工頻周期內，將敏感負荷切換到備用電源側，使負載電壓維持在額定值，如圖4(c)所示；

(3)SSTS完成切換后，啟動DVR，使負載電壓達到額定值。主要目的是補償負載切換至無故障線路后的電壓暫態過程，如圖4(b)所示；

(4)發生電壓跌落0.2s后，主電源側恢復正常，如圖4(a)所示。啟動SSTS，將負荷切換至主電源。

圖4 工況二仿真波形

4. 結束語

本文提出一種結合單相dq變換和形態學濾波器的單相電壓跌落檢測方法，滿足單相電壓跌落檢測準確性和實時性的要求；提出一種基于電壓跌落等級劃分與時序配合的DVR與SSTS協調控制方法，實現了不同電壓等級下DVR和SSTS的協調動作；基于Matlab/Simulink的仿真模型驗證了本文提出的協調控制策略的正確性和有效性。