实际电源条件下串联电压降落补偿器的设计和实现.doc

实际电源条件下串联电压降落补偿器的设计和实现 摘要--近几年，电压跌落已经变成电能质量的重要考虑因素。根据在美国进行的调查，工业用户92%的故障是电压跌落和短时停电。电压跌落往往导致各种敏感负载的欠压故障的和随后中断的制造过程。这样的中断往往造成严重工业损失。在台湾和中国，大多数高科技制造商使用不间断电源，以避免中断，但这种方法的成本效益尚不清楚。 随着电网的不断提高了电源的可靠性，基于逆变器的电压骤降补偿已成为防止生产中断和电压骤降的一个可行的解决方案。通过密切跟踪线电压并且当电压波形偏离正常值时合上补偿器的开关，现有的跌落补偿系统可在一个周期的一小部分实现快速响应。然而，由于功率因数校正电容器的开关、断路器开关、雷击等，该电源电压的瞬态振幅可高达200%。如果控制器非常敏感，这样的瞬态干扰可能触发骤降补偿操作。骤降补偿逆变器的开关频率不足以补偿电压尖峰的窄脉冲。此外，功率半导体器件（如绝缘栅双极型晶体管）的逆变器也可能由于过电压的浪涌损坏。 在本文中，对台湾高新技术产业园区的电能质量问题的一个简短的概述，将提供验证给需要通过的技术。也提出一个以同步坐标系为基础的控制器来补偿逆变器的电压骤降。一个跌落电压的检测机制，包括修正和及时识别的电压骤降的控制器。类似电压尖峰的干扰会发生衰减，以避免任何错误触发补偿器。整个系统临界负荷的电压骤降响应和恢复电压到平衡1.0pu，都在八分之一到四分之一个周期内完成，这符合行业标准的要求，如SEMI-F47标准。仿真和实验结果验证所提出的系统性能。 关键词--电容器开关瞬变，动态电压恢复器，电能质量，电压跌落。 引言 近几年，电压跌落已经变成电能质量的重要考虑因素。随着工业中电力电子应用的迅速增长，那些敏感负载很容易受电压跌落而停止运营，并造成相当大的损失。 中国台湾的新竹科学工业园区（HSIP），聚集了大多数的台湾半导体制造商，每个电压骤降事件都会引起10万到1?百万美元的损失，这包括停机时间，财务损失的清理工作，和报废产品。图1给出了HSIP的电力分配的单线简化图。国有企业台湾电力公司（TPC）是主要的供应商，为了提高可靠性，TPC在新竹科学工业园区给几种半导体厂和其他敏感的制造商，采用四回路供电（在变电站SS1的69 kV的回路1和2，在变电站DS1的161 kV的回路1和2）。新宇能源开发商（HYED）是一个独立的电力公司，它用一套气轮发电机供电力给三厂。由于其能力（170兆瓦）有限，该HYED发电机连接到161 kV的回路2，并用TPC做后备。总体来看，HYED的客户能享受到更高的可靠性和较高电能质量，但他们必须支付比TPC高30%的价格。 TPC还通过变电站PS1和PS3，供电给非新竹科学工业园区的客户和周边的县，因此，新竹科学工业园区之外的干扰容易影响园区内部的高科技厂商。表1给出了由一个由TPC 161 kV供电的工厂的扰动记录。在统计数据中，如果线电压下降低于0.85pu超过1毫秒，则记为电压骤降，如果电压低于0.3pu超过5毫秒，则记为电压中断。从1997到2000的八次停电，两次是由严重的自然灾害导致的TPC系统中断，而剩下的六次是由新竹科学工业园区内的施工及设备内部故障导致的。为了防止生产中断，大多数工厂在自己工厂内安装了备用发电机和各种类型的不间断电源（UPS）。表二给出了新竹科学工业园区的几个厂商的备用容量，备用发电机容量和UPS的容量。然而，即使厂商A有备用电源，从1999到2000间62.7%的电压骤降都对它有影响影响，这些预防措施的成本效益尚不清楚。 图1. HSIP的电能分配的单线简化图（2000年完成） 表1.HSIP内由161KV供电的厂商A的电能干扰统计图 表2.台湾半导体厂商的平均电能储备 在这一刻，共有八个300毫米晶圆代(300-mm-wafer)工厂和其他生产厂家计划在HSIP建设。对电力的需求包括总电量、可靠性、和质量，将显著增加。针对这种需求，TPC决定在HSIP内建立一个新的345 / 161 kV变电站为高科技厂家专用。新的变电站将于2006开始运作。同时，所有的161 kV架空线路改为地下电缆以减少故障。这些努力会增加供电可靠性和降低电压跌落次数。有了这些改进，高科技厂商可以用低成本的设备代替一些高成本和高维修的备用电源，例如UPS，来度过电压骤降事件，避免生产过程的中断。 随着地下电缆的增加，与电缆相关的杂散电容也增加，并导致了电压瞬变期间的显著尖峰。图2示出了根据对HSIP以往调查的瞬态现象，而做出的仿真结果。在仿真中，在HSIP的161?kV母线的功率因数校正电容器的闭合，并且暂态变化到了下游，使HSIP的480-V总线的厂商产生了严重的尖峰电压，如图2所示。在现有的文献中，也有人认为，电源电容器的瞬时开关，可能对工业客户的