20世紀80年代以來，電壓暫降已成為電能質(zhì)量中最為突出的問題之一，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)束之間的時間定義為持續(xù)時間。造成電壓暫降的因素有很多，如電力系統(tǒng)故障、負載的非線性、大型電機的啟停、雷擊等。因此有必要對電壓暫降進行深入的研究。

　　目前電壓暫降發(fā)生器（VSG）有基于放大器、基于開關(guān)阻抗、基于逆變器和基于調(diào)壓器4種類型?；诜糯笃鞯腣SG主要由工作在線性放大區(qū)基金項目：安省教育廳重點科研項目（K2009A144）；安省高等學(xué)校省級優(yōu)秀青年基金項目（2009SQRZ098）研究方向為電力電子技術(shù)。

　　的功率器件來實現(xiàn)，具有波形較豐富，動態(tài)特性好的特點，但存在造價高、功耗大、功率低等問題；基于開關(guān)阻抗形式的VSG結(jié)構(gòu)與控制簡單，便于實現(xiàn)，但能量損耗大，不能實現(xiàn)能量的雙向流動；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、三相不對稱運行等，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關(guān)的VSG具有響應(yīng)速度快、效率高、能量可雙向流動等特點，并能實現(xiàn)任意時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關(guān)的VSG原理圖。KIQ各為由一對反向并的串聯(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)壓器滑動端a在b點以下，當閉合，K2斷開時，輸出電壓u為正常電壓；當Ki斷開，IK2閉合時，為暫降電壓；若滑動端a調(diào)到d點，當斷開，K2閉合時，u=0，VSG產(chǎn)生電壓中斷事件；若滑動端a調(diào)到b點以上，如圖中c點，此時斷開，IQ閉合，產(chǎn)生電壓暫升事件。還可通過控制Ki，IK2的通斷實現(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電壓等級；②全控型交流電子開關(guān)，接收驅(qū)動信號，按驅(qū)動信號的要求通斷，實現(xiàn)功率的輸出；③驅(qū)動與保護電路，主要起信號隔離與放大的作用，它接收DSP發(fā)出的控制信號，將其隔離放大來驅(qū)動全控交流電子開關(guān)，并實時監(jiān)測逆阻式IGBT的導(dǎo)通電壓u，若其大于一定值，則認為逆阻式IGBT發(fā)生過流故障，驅(qū)動電路會自動封鎖其驅(qū)動信號，并將故障信號傳遞給DSP，DSP將從軟件上封鎖驅(qū)動脈沖，同時DSP輸出一開關(guān)量給繼電器，斷開輸入電壓，從而更好地實現(xiàn)了全控型交流電子開關(guān)故障保護；④DSP+信號調(diào)理電路，是整個系統(tǒng)的信號處理與控制核心，通過串口接收上位機的控制信號并檢測負載電流的方向信號，確定調(diào)用四步換流程序，實現(xiàn)對全控交流電子開關(guān)的換流控制；⑤PC機，提供一個可視化的操作環(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.載流號負電信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全控型交流電子開關(guān)安全的換流方法。處于換流期間的開關(guān)管必須滿足：①同一時刻不能有導(dǎo)致輸入端短路的開關(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任一時刻每一輸出相的開關(guān)管不能全部關(guān)斷，若關(guān)斷則導(dǎo)致感性負載的電流沒有通路，產(chǎn)生尖峰電壓，甚至擊穿開關(guān)管。四步換流策略完全滿足上述兩個換流條件，可以實現(xiàn)可靠的換流。下面以為例，來說明四步換流策略在VSG中的應(yīng)用以及如何實現(xiàn)安全換流。

　　基于自耦調(diào)壓器的單相VSG主電路中，當VSG輸出正常電壓ui時，ui端的兩個逆阻式IGBT都導(dǎo)通，端的兩個逆阻式IGBT都關(guān)斷。假設(shè)此時負載電流i>0的方向為正方向，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)但不流過電流的IGBT，由于為正方向，因此關(guān)斷VSim；第2步打開即將通過電流的IGBT，由于此時為正方向，故應(yīng)打開VS2n；第3步關(guān)斷VSin；第4步打開VS2m.換流時序圖如所示。

　　換流時序圖經(jīng)過上述過程，VSG輸出的電壓為u2，產(chǎn)生暫降電壓。由換流過程可見，該換流策略不會引起輸入側(cè)短路與輸出側(cè)開路，并且有50%的概率實現(xiàn)零電流換流，減小開關(guān)損耗。

　　4驅(qū)動與保護電路全控型交流電子開關(guān)驅(qū)動與保護一直以來都是研究熱點。而傳統(tǒng)驅(qū)動保護電路不能直接應(yīng)用于全控型交流電子開關(guān)控制，這是由于該開關(guān)在操作過程中要承受反壓，若直接驅(qū)動全控型交流電子開關(guān)，就有可能損壞驅(qū)動電路與開關(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實時檢測集射兩端電壓，一旦ure超過Uinf，則LM311輸出低電平，光耦454輸出高電平，M57962L的1腳檢測到高電平，進而關(guān)斷驅(qū)動信號，達到保護逆阻式IGBT的作用。

　　全控交流電子開關(guān)驅(qū)動與保護原理圖（b）丨lev母線無功電流變化曲線5實驗結(jié)果根據(jù)所給的VSG結(jié)構(gòu)框圖搭建了實驗電路。

　　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關(guān)。實驗中，四步換流每步延時為2，換流完成不到10，從而保證了電壓暫降的快速性。實驗波形見。

　?。╝>4波的電壓葜阡與恢復(fù)（b）不規(guī)則波彤一（<不規(guī)則濁形二實驗波形（上接第87頁）其大小為Z=0.903mH，短路容量為民=325MVA，在電流峰值時，電壓下降為：由于AU超出了國家標準規(guī)定的10kV電網(wǎng)電壓變化±7%，因此，有必要對其進行無功功率補償。

　　實驗波形5結(jié)論這里通過研究極向場及其供電電源的結(jié)構(gòu)和運行方式，找出計算10kV母線處無功功率的方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為兩個不規(guī)則波形，其中b在一個周波內(nèi)換流了2次，c在一個周波內(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關(guān)設(shè)計了新型的驅(qū)動與保護電路。實驗結(jié)果表明，該電壓暫降發(fā)生器系統(tǒng)可以模擬多種類型的電壓故障波形。不足之處在于，該電壓暫降發(fā)生器系統(tǒng)是基于檢測負載電路方向來實現(xiàn)四步換流的，對小電流準確性判斷存在一定困難。