龍軍　鄭宇琦

摘 要：針對(duì)微電網(wǎng)電壓瞬變引發(fā)的電能質(zhì)量下降問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于簡(jiǎn)化情感控制、帶Z源網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）。設(shè)計(jì)了Z源動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的硬件結(jié)構(gòu);分析了Z源網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大電壓補(bǔ)償范圍的原理;設(shè)計(jì)了一種基于簡(jiǎn)化情感控制、帶電壓前饋的DVR控制系統(tǒng)，利用簡(jiǎn)化情感控制模型既具有PI控制結(jié)構(gòu)，又能通過(guò)自學(xué)習(xí)進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)修正的特點(diǎn)，提高了DVR的控制速度和補(bǔ)償精度。為驗(yàn)證所提DVR方案的可行性，進(jìn)行了建模仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，與基于PI控制和模糊控制等方法的DVR相比，基于簡(jiǎn)化情感控制的Z源動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器具有響應(yīng)速度更快、電壓補(bǔ)償范圍更寬、補(bǔ)償精度更高的特點(diǎn)以及較好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);電壓瞬變;動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器;Z源逆變器;簡(jiǎn)化情感控制

DOI：10.15938/j.emc.2020.09.009

中圖分類號(hào)：TM 714.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2020）09-0076-08

Development of dynamic voltage recovery device with Z source network

LONG Jun， ZHENG Yu-qi

（College of Electrical Engineering， Guangxi University， Nanning 530004， China）

Abstract：

A Z-source dynamic voltage restorer （DVR） based on simplified emotion control was designed for power quality degradation caused by microgrid voltage transients. The hardware structure of the Z-source dynamic voltage restorer was designed. The principle of expanding the voltage compensation range of Z-source network was analyzed. A DVR control system based on simplified emotion control and voltage feedforward was designed. The control speed and compensation precision of DVR were improved by using the simplified emotion control model， which has the characteristics of PI control structure and automatic correction of parameters through self-learning. In order to verify the feasibility of the proposed DVR scheme， modeling simulation and experimental verification were carried out. The results show that compared with DVR based on PI control and fuzzy control，the Z-source dynamic voltage restorer based on simplified emotion control has the characteristics of faster response speed， wider voltage compensation range， higher compensation accuracy and better stability.

Keywords：micro-grid;voltage transients; dynamic voltage restorer; Z-source inverter; simplified emotion control

0 引 言

電壓暫降、驟升和閃變是微電網(wǎng)用戶面臨的嚴(yán)重動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題[1-2]。目前，可采用不間斷電源、有源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等來(lái)解決，而最經(jīng)濟(jì)高效的是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer，DVR），它能有效治理電壓瞬變，保證負(fù)載電壓穩(wěn)定[3-4]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)DVR做了大量探索，除了諧波補(bǔ)償[5]、不對(duì)稱電壓穿越[6]、短路電流調(diào)節(jié)[7]等方面外，主要針對(duì)電壓補(bǔ)償范圍、補(bǔ)償速度和補(bǔ)償精度進(jìn)行研究，并取得許多成果。擴(kuò)大電壓補(bǔ)償范圍，文獻(xiàn)主要從硬件結(jié)構(gòu)著手進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種多電平級(jí)聯(lián)DVR，采用低電壓等級(jí)開(kāi)關(guān)器件來(lái)獲得較高的交流補(bǔ)償電壓;文獻(xiàn)[9]將DVR與電抗器并聯(lián)，電壓跌落時(shí)通過(guò)降低負(fù)載功率因數(shù)來(lái)提高DVR的補(bǔ)償范圍;文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種AC/AC結(jié)構(gòu)的DVR，該DVR通過(guò)從相鄰相取得前級(jí)交流電源來(lái)拓寬電壓補(bǔ)償范圍。因AC/AC實(shí)際是由AC/DC、DC/AC兩部分連接組成，各部分均需單獨(dú)控制，裝置的復(fù)雜性有所增加;文獻(xiàn)[11]提出一種雙DVR協(xié)同補(bǔ)償運(yùn)行模式，電壓瞬變時(shí)先投入DVR1，若DVR1補(bǔ)償能力不足再投入DVR2。該模式依賴通訊技術(shù)，補(bǔ)償過(guò)程中若通訊中斷，則將影響補(bǔ)償效果。

DVR控制方法直接影響其響應(yīng)速度和補(bǔ)償精度。常見(jiàn)的控制方法有PI控制、PR控制[12]、模糊控制[13]等。由于常規(guī)的PI控制存在靜差問(wèn)題，DVR補(bǔ)償精度受到限制，補(bǔ)償效果亦受影響[14-15]。文獻(xiàn)[16]提出了基于PI和比例諧振（PR）復(fù)合控制策略的DVR，抑制了補(bǔ)償過(guò)程中產(chǎn)生的諧波電壓，提高了DVR的補(bǔ)償精確度;文獻(xiàn)[17]提出了一種無(wú)電流環(huán)的DVR控制策略，提高了DVR的控制速度，但由于缺少電流環(huán)對(duì)輸出進(jìn)行修正，補(bǔ)償誤差偏大;文獻(xiàn)[18]的單相DVR控制方法是采用歷史電壓數(shù)據(jù)構(gòu)造虛擬的三相電壓數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用dq變換以提高電壓檢測(cè)的速度;文獻(xiàn)[19]采用改進(jìn)的卡爾曼濾波算法檢測(cè)電壓波動(dòng)，提高了電壓跌落時(shí)DVR的響應(yīng)速度;文獻(xiàn)[20]提出了一種基于情感控制器的DVR控制系統(tǒng)，運(yùn)行中通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)校正控制參數(shù)，提高補(bǔ)償速度和精確度，但其控制參數(shù)偏多，不便整定?；赯源調(diào)整輸出電壓的能力，文獻(xiàn)[21]設(shè)計(jì)了一種Z源升壓變換器，解決了傳統(tǒng)Boost電路升壓范圍有限的問(wèn)題;文獻(xiàn)[22]提出了一種消除Z源AC/AC變流器諧波的PWM控制技術(shù)，改善了變流器輸出電壓的諧波特性，穩(wěn)定輸出電壓幅值。

本文提出了一種基于簡(jiǎn)化情感控制帶Z源網(wǎng)絡(luò)的DVR裝置（Z-DVR）;使用Z源網(wǎng)絡(luò)拓寬DVR的補(bǔ)償范圍，利用簡(jiǎn)化情感控制模型既具有PI控制結(jié)構(gòu)，又能通過(guò)自學(xué)習(xí)進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)修正的特點(diǎn)來(lái)提高DVR的控制速度和補(bǔ)償精度。最后，通過(guò)Matlab/SIMULINK建模仿真和dSPACE平臺(tái)物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提設(shè)計(jì)方案的有效性。

1 源DVR拓?fù)浼肮ぷ髟?/p>

帶Z源網(wǎng)絡(luò)的單相DVR，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

DVR串聯(lián)在電網(wǎng)中，當(dāng)供電電壓Us發(fā)生瞬變時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)逆變器VSC產(chǎn)生合適的電壓，由低通濾波器LC濾除高次諧波，再經(jīng)耦合變壓器T形成補(bǔ)償電壓UDVR對(duì)電壓瞬變進(jìn)行補(bǔ)償，保證負(fù)荷電壓ULD穩(wěn)定。

無(wú)Z源網(wǎng)絡(luò)的DVR，其補(bǔ)償電壓UDVR峰值為：

U^DVR=U^C=MUDC2，0

其中M為調(diào)制比。

由于DVR的補(bǔ)償范圍受UDC限制，當(dāng)電壓變動(dòng)較大時(shí)，DVR將無(wú)法輸出足夠的補(bǔ)償電壓。

接入Z源網(wǎng)絡(luò)（圖1中虛框部分）后，逆變器除具有常規(guī)逆變器的有效逆變狀態(tài)及零狀態(tài)外，還增加了短路直通狀態(tài)，因此擺脫了常規(guī)逆變器橋臂不允許瞬時(shí)短路的限制，避免了由常規(guī)逆變器載波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間所引起的波形畸變。

由文獻(xiàn)[23]可知，Z源網(wǎng)絡(luò)輸出端電壓U^i與直流電源電壓UDC的關(guān)系式為：

U^i=TT1-T0UDC=11-2D0UDC=BUDC，（2）

B=TT1-T0=11-2D0≥1。（3）

式中：D0為直通占空比;T0為一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)短路直通狀態(tài)的時(shí)間;T1=T-T0為一周期T內(nèi)有效逆變狀態(tài)的時(shí)間;B為直流調(diào)制比。故Z-DVR輸出的補(bǔ)償電壓峰值為

U^DVR=U^C=MBUDC2。（4）

選取合適的逆變器調(diào)制比M與Z源調(diào)制比B，就能實(shí)現(xiàn)Z-DVR的升壓輸出，拓寬電壓補(bǔ)償范圍。此外，由于具有較高的起始輸出電壓，Z-DVR的補(bǔ)償速度得以提高。

2 基于簡(jiǎn)化情感模型的Z源DVR控制系統(tǒng)

2.1 情感控制的分析及簡(jiǎn)化

情感控制模型的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

感官輸入的信號(hào)SI=[SI1，SI2，…，SIm]通過(guò)丘腦送入感官皮質(zhì)，經(jīng)不同處理后分別傳遞給杏仁體和眶額皮質(zhì)，此外，對(duì)接收的最大信號(hào)SImax，丘腦還直接傳遞到杏仁體。杏仁體對(duì)兩類信號(hào)的處理使情感控制具有變結(jié)構(gòu)特性，處理問(wèn)題時(shí)可在快和穩(wěn)之間做出合理協(xié)調(diào)。模型的輸出為

E=A-O=∑mi=1（vi-ωi）SIi+vm+1SImax。（5）

式中：vi和ωi分別為杏仁體和眶額皮質(zhì)的可調(diào)權(quán)值;杏仁體輸出A=∑mi=1viSIi+vm+1SImax;眶額皮質(zhì)輸出O=∑mi=1ωiSIi。

模型通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整權(quán)值vi和ωi來(lái)模擬學(xué)習(xí)過(guò)程。具體表達(dá)式為

式中，av和aω分別為杏仁體和眶額皮質(zhì)的學(xué)習(xí)率;獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)REW=∑mi=1riSIi+rm+1E，其中ri為可調(diào)權(quán)值。

考慮到情感控制主要由杏仁體起調(diào)節(jié)和記憶作用，且控制器參數(shù)也主要受杏仁體權(quán)值的影響，眶額皮質(zhì)用于抑制與修正杏仁體的學(xué)習(xí)過(guò)程，因而可去除模型的眶額皮質(zhì)，并隱藏獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)。去除眶額皮質(zhì)后，其輸出O=0，情感控制的輸出簡(jiǎn)化為

E=A=∑mi=1viSIi+vm+1SImax。（9）

而獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)REW亦變成SI與A的線性組合。REW-A=∑mi=1（ri+rm+1vi-vi）SIi+（rm+1-1）vm+1SImax，因此，可令：（ri+rm+1vi-vi）=0，（rm+1-1）vm+1=1，求得

使REW-A=SImax成立，達(dá)到隱藏獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)的目的。情感控制模型亦即簡(jiǎn)化成圖2中虛框部分。

令感官輸入信號(hào)SI包括控制量的偏差e及其積分：

SI=[SI1SI2]=[s1es2∫edt]。 （11）

式中s1，s2為感官輸入信號(hào)的權(quán)重調(diào)節(jié)系數(shù)。

從丘腦直接傳遞至杏仁體的最大信號(hào)為

式中，v1，v2，v3為簡(jiǎn)化情感控制的參數(shù)，而杏仁體的權(quán)值調(diào)整表達(dá)式調(diào)整為

Δvi=avSIi·max（0，s1e，s2∫edt），i=1，2，3。（14）

由式（13）和（14）可看出，簡(jiǎn)化情感控制器既具有PI結(jié)構(gòu)，又具有參數(shù)的自學(xué)習(xí)能力。當(dāng)控制開(kāi)始時(shí)，感官輸入的比例信號(hào)遠(yuǎn)大于積分信號(hào)，模型按（v3+v1）s1e+v2s2∫edt控制，加快初始調(diào)節(jié)速度;隨著時(shí)間的推移，感官輸入的積分信號(hào)遠(yuǎn)大于比例信號(hào)，模型按（v3+v2）s2∫edt+v1s1e控制，提高調(diào)節(jié)的精確度。

簡(jiǎn)化情感控制模型的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）參數(shù)初始化：設(shè)定感官輸入信號(hào)的權(quán)重調(diào)節(jié)系數(shù)s1，s2，設(shè)定杏仁體結(jié)構(gòu)內(nèi)初始權(quán)值v1=v2=v3=1，設(shè)定杏仁體結(jié)構(gòu)內(nèi)權(quán)值學(xué)習(xí)率av。

2）將式（11）感官輸入信號(hào)量SI送入丘腦。

3）根據(jù)式（14）計(jì)算模型參數(shù)的調(diào)節(jié)律Δv1～Δv3。

4）根據(jù)式（13）計(jì)算簡(jiǎn)化情感控制器的輸出信號(hào)E，輸入控制裝置，控制其跟蹤目標(biāo)量運(yùn)行。

5）若到達(dá)給定終止條件，則控制器停止運(yùn)行;否則，返回步驟2），控制器繼續(xù)運(yùn)行。

2.2 Z源DVR控制系統(tǒng)原理分析

本文設(shè)計(jì)的基于簡(jiǎn)化情感控制（BELBIC）的單相Z源DVR控制系統(tǒng)如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)分為3個(gè)環(huán)節(jié)：電壓采樣環(huán)節(jié);Z源電壓控制環(huán)節(jié);逆變控制環(huán)節(jié)。

1）電壓采樣環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)供電電壓U·S和負(fù)載電壓U·LD，一方面檢測(cè)電壓驟升或暫降的狀態(tài)，作為Z源電壓控制環(huán)節(jié)和逆變控制環(huán)節(jié)的電壓調(diào)節(jié)依據(jù);另一方面通過(guò)鎖相環(huán)PLL獲得U·S的相位。

2）Z源電壓控制環(huán)節(jié)根據(jù)供電電壓額定值U*S和電壓采樣環(huán)節(jié)提供的實(shí)測(cè)值US，求取ΔUS=U*S-US，將ΔUS作為該環(huán)節(jié)BELBIC的給定輸入，并將Z源網(wǎng)絡(luò)輸出Ui的測(cè)量值作為BELBIC的負(fù)反饋輸入，BELBIC根據(jù)ΔUi=ΔUS-Ui得到電感電流調(diào)整量ΔIL1;將ΔIL1與電感電流實(shí)測(cè)值IL1相加后與Z源電容等效阻抗1/（sC1）相乘，生成Ui電壓值。

3）逆變控制環(huán)節(jié)將負(fù)載電壓額定值U*LD作為該環(huán)節(jié)BELBIC的給定輸入，實(shí)測(cè)值ULD作為該環(huán)節(jié)BELBIC的負(fù)反饋輸入，BELBIC根據(jù)偏差量ΔULD=U*LD-ULD算得UDVR的調(diào)整量，與前饋電壓（圖3中虛框部分）相加后，生成串聯(lián)補(bǔ)償電壓量U′DVR;將U′DVR除以sLf算得逆變器輸出ILf，ILf與DVR輸出電流IDVR做差后送入電容等效阻抗1/sCf，生成電容電壓UC，UC亦即UDVR。

SPWM將Ui值與10 kHz三角波信號(hào)合成包含直流調(diào)制比B信息的高頻脈沖信號(hào)，將UDVRsin（ωt）值與10 kHz三角波信號(hào)合成包含交流調(diào)制比M的高頻脈沖信號(hào);然后將兩路脈沖信號(hào)做或運(yùn)算，形成包含B及M信息的高頻脈沖，驅(qū)動(dòng)逆變橋臂的通斷，控制逆變裝置輸出UDVR=ΔULD，使ULD=UDVR+US=U*LD。

本文采用DVR同/反相位補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓暫降時(shí)，ΔULD>0，SPWM根據(jù)PLL的相位信號(hào)產(chǎn)生同相位的載波脈沖，控制逆變器產(chǎn)生與U·S同相位的UDVR，兩者疊加，使負(fù)荷電壓恢復(fù)正常;當(dāng)電壓驟升時(shí)，ΔULD<0，SPWM產(chǎn)生反相脈沖，控制逆變器產(chǎn)生與US反相的UDVR，使負(fù)荷電壓恢復(fù)正常。

圖4為Z源DVR的工作流程圖。

DVR控制裝置同時(shí)檢測(cè)供電側(cè)電壓US，當(dāng)負(fù)載電壓偏差ΔUS越限時(shí)，DVR投入運(yùn)行;控制系統(tǒng)先根據(jù)供電側(cè)電壓偏差ΔUS確定直流調(diào)壓因子B，使DVR產(chǎn)生滿足動(dòng)態(tài)補(bǔ)償范圍的直流側(cè)電壓Ui;再確定逆變調(diào)制因子M，控制DVR輸出補(bǔ)償電壓UDVR;通過(guò)UDVR對(duì)US的瞬變幅度進(jìn)行同相位或反相位補(bǔ)償，使ULD=UDVR+US=U*LD恢復(fù)正常。當(dāng)U·S逐漸改善，DVR逐漸降低自身輸出的UDVR，US恢復(fù)正常后，DVR退出工作。

2.3 控制器參數(shù)優(yōu)化與穩(wěn)定性測(cè)試

本文借助Matlab/SIMULINK中的Signal Constraint模塊優(yōu)化簡(jiǎn)化情感控制器的參數(shù)。

圖3中，DVR逆變控制環(huán)節(jié)硬件部分的傳遞函數(shù)為

G（s）=1LfCfs2+1。（15）

基于式（15）構(gòu)建如圖5所示的控制模型。經(jīng)優(yōu)化后，逆變控制環(huán)節(jié)中簡(jiǎn)化情感控制器的參數(shù)為s11=6.021 3，s12=40.473 7，av1=4.562 8。同理，使用Signal Constraint模塊對(duì)Z源電壓控制環(huán)節(jié)中的簡(jiǎn)化情感控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到的參數(shù)為：s21=3.592，s22=15.465，av2=5.342 3。

采用優(yōu)化后的控制參數(shù)對(duì)圖5所示控制模型做階躍響應(yīng)測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。

可以看出，基于簡(jiǎn)化情感控制的DVR控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定、快速響應(yīng)的特性。

3 電路仿真

使用Matlab/SIMULINK仿真平臺(tái)搭建了基于圖3控制系統(tǒng)的Z源DVR仿真模型，對(duì)所提出的基于簡(jiǎn)化情感控制的Z源動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證，并與經(jīng)Signal Constraint模塊進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后的基于比例積分（PI）、無(wú)Z源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器進(jìn)行比對(duì)。微電網(wǎng)處于孤島模式，DVR由SIMULINK中直流電壓模塊提供能量，算例中涉及參數(shù)如表1所示。

設(shè)負(fù)荷電壓允許偏差為10%UN，分別設(shè)定電壓瞬變幅度為額定電壓的30%、75%，仿真過(guò)程為：0～0.5 s負(fù)載電壓正常，0.5 s時(shí)供電電壓瞬間跌落，DVR檢測(cè)到電壓跌落后自動(dòng)投入補(bǔ)償，1 s時(shí)供電電壓恢復(fù)正常，DVR自動(dòng)退出。電壓驟升仿真過(guò)程為：1～1.5 s負(fù)載電壓正常;1.5 s時(shí)供電電壓瞬間驟升， DVR檢測(cè)到電壓驟升后自動(dòng)投入補(bǔ)償;2 s時(shí)供電電壓恢復(fù)正常，DVR自動(dòng)退出。運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載電壓變化情況的仿真結(jié)果見(jiàn)圖7、圖8。

從仿真結(jié)果可以看出：

1）供電側(cè)電壓跌落30%US（跌落至154 V）時(shí)，2種動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器均能有效地進(jìn)行電壓補(bǔ)償。PI控制的DVR在供電電壓越下限后啟動(dòng)，使負(fù)荷電壓下降至180V時(shí)便開(kāi)始回升，電壓恢復(fù)至0.9ULD時(shí)所用時(shí)間為12.7 ms;基于簡(jiǎn)化情感控制模型的DVR在檢測(cè)到電壓跌落時(shí)啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓因子B，Z源網(wǎng)絡(luò)輸出端電壓提升至約120 V，使U·DVR啟動(dòng)時(shí)的幅值增大，補(bǔ)償速度加快，負(fù)載電壓跌至193 V時(shí)便開(kāi)始回升，電壓恢復(fù)至0.9ULD時(shí)所用時(shí)間也縮短至5 ms。

2）供電側(cè)電壓跌落75%US（跌落至55 V）時(shí)，已超出PI控制無(wú)Z源DVR的補(bǔ)償范圍，負(fù)載電壓只能恢復(fù)到165 V;而基于簡(jiǎn)化情感控制器的Z源DVR中逆變器輸入端直流電壓提升至178 V左右，故仍可將負(fù)荷電壓恢復(fù)到220 V，電壓恢復(fù)至09ULD時(shí)所用時(shí)間為11 ms。

下表所列數(shù)據(jù)為電壓跌落30%時(shí)，用文獻(xiàn)[24]中的4種控制方法以及本文方法將電壓值恢復(fù)至90%額定電壓所用時(shí)間。

由上表數(shù)據(jù)可知，基于簡(jiǎn)化情感控制的Z源DVR電壓恢復(fù)時(shí)間能夠短至5 ms。

電壓驟升與電壓暫降的補(bǔ)償效果相似，鑒于篇幅有限未予列出。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于dSPACE實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建了如圖9所示的單相DVR進(jìn)行補(bǔ)償效果驗(yàn)證，參與驗(yàn)證的分別有基于PI控制、無(wú)Z源網(wǎng)絡(luò)的DVR和基于BELBIC、有Z源網(wǎng)路的DVR，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表3所示。

4.1 30%電壓跌落實(shí)驗(yàn)

供電側(cè)電壓在2.65 s時(shí)跌落30%U*S，DVR檢測(cè)到電壓跌落后自動(dòng)啟動(dòng)電壓補(bǔ)償。DVR的逆變器輸入端直流電壓Ui變化如圖10所示。2種DVR補(bǔ)償后的負(fù)載電壓見(jiàn)圖11、圖12所示。

由圖10～圖12可以看出，在電壓跌落30%U*S時(shí)，2種DVR均可以有效使負(fù)荷電壓完全恢復(fù);基于PI控制、無(wú)Z源DVR恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)約為0.1 s;基于簡(jiǎn)化情感控制、有Z源DVR，因Z源網(wǎng)絡(luò)的升壓作用，逆變器輸入端直流電壓上升至13.4 V左右，故補(bǔ)償速度更快，電壓完全恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)只需0.02 s。

4.2 75%電壓跌落實(shí)驗(yàn)

供電側(cè)電壓在2.65 s時(shí)跌落75%U*S，DVR檢測(cè)到電壓跌落后自動(dòng)啟動(dòng)電壓補(bǔ)償。DVR的逆變器輸入端直流電壓變化如圖13所示。兩種DVR補(bǔ)償后的負(fù)載電壓見(jiàn)圖14～圖15。

由圖13～圖15可以看出，在電壓跌落75%U*S時(shí)，已超出PI控制、無(wú)Z源DVR的補(bǔ)償范圍，負(fù)荷電壓無(wú)法完全恢復(fù);基于簡(jiǎn)化情感控制、帶Z源DVR的逆變器輸入端直流電壓升至17.2 V左右，因此仍然能使負(fù)荷電壓完全恢復(fù)，且用時(shí)只需005 s。

5 結(jié) 論

針對(duì)微電網(wǎng)電壓瞬變的問(wèn)題，提出了一種基于簡(jiǎn)化情感控制的Z源動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。通過(guò)原理分析、穩(wěn)定性測(cè)試、Matlab/SIMULINK軟件建模仿真以及dSAPCE平臺(tái)實(shí)驗(yàn)可得以下結(jié)論：

1）Z源網(wǎng)絡(luò)能夠提高DVR中逆變器的輸入電壓，進(jìn)而拓寬DVR的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償范圍，并能加快補(bǔ)償?shù)某跏妓俣?

2）簡(jiǎn)化情感控制模型具有PI變結(jié)構(gòu)的特性，能夠通過(guò)自學(xué)習(xí)調(diào)整權(quán)值，從而提高DVR的補(bǔ)償速度和精確度;

3）對(duì)簡(jiǎn)化情感控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，并經(jīng)階躍響應(yīng)測(cè)試，證明控制系統(tǒng)具有快速、穩(wěn)定的特性;

4）與經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后的PI控制、模糊控制、位置式PI控制、增量式PI控制的DVR進(jìn)行比較，基于簡(jiǎn)化情感控制的Z源DVR，其電壓恢復(fù)速度更快。

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（編輯：劉素菊）

收稿日期： 2019-04-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51567002）

作者簡(jiǎn)介：龍 軍（1956—），男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)檢測(cè)與控制、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù);

鄭宇琦（1993—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)控制。

通信作者：龍 軍