5 仿真研究

为了验证参数以及控制策略，选择20 0 只2. 7 V/2 700 F双层电容器串联构成超级电容阵列，使用Matlab/Simulink软件进行仿真实验(图8)。

图8 仿真模型结构图

系统采用阻性负载，参数说明如下：系统相电压E=220 V;超级电容阵列电容容量CS=13.5 F,r=0.2Ω，充放电电感为L=1 mH,工作电压范围在300~530 V,最大输出功率为4 kW;仿真运行时间为10 s.当直流母线工作电压正常、超级电容电压低于工作电压时，母线对超级电容器充电(图9);当直流母线电压低于系统工作电压下限时，超级电容器放电(图10)。

装置电源电压为380 V,直流母线电压在1s时刻发生幅度为80%的电压暂降，超级电容电压暂降抑制装置并入直流母线前后母线电压的仿真波形如图11 和图12所示。

图9 超级电容充电控制图

图10 超级电容放电控制框图

图11 未加抑制装置、直流母线电压暂降80% 时波形

图12 加抑制装置、电压暂降80% 时的波形在1s时刻直流母线上发生幅度为20%的电压暂降，超级电容电压暂降抑制装置并入直流母线前后母线电压的仿真波形如图13和图14所示。

图13 未加抑制装置、电压暂降20% 时的波形。

图14 加抑制装置、电压暂降20% 时的波形。

以上仿真的电压暂降均为三相电压发生暂降，在发生单相以及两相暂降时，直流母线上电压的有效值比三相的更低，因此本文未进行仿真介绍。

6 实验验证

实验设计为发生电压暂降时，未投切和投切抑制装置的情况下直流母线电压的变化作为一组对照验证装置的可行性。超级电容器选用实验室用超级电容模块，它由200个2.7 V/2 700 F双层电容器串联而成;负载采用7.5 kW电炉，实验电路结构如图15所示。

图15 实验电路

通过模拟扰动，使直流母线发生80%电压暂降，电压由510 V下降到200 V(图16)。图17示出在直流母线上并联超级电容电压暂降抑制装置后的直流母线电压波形。

图16 未加抑制装置、直流母线电压暂降80% 时波形。

图17 加抑制装置、电压暂降80% 时的波形。

图18示出发生20%电压暂降(即直流母线由510 V下降到400 V左右)时直流母线电压波形。并联超级电容电压暂降抑制装置后，直流母线电压得到了较好的支撑，其电压波形如图19 所示。

图19 加抑制装置、电压暂降20% 时的波形。

由以上两组对比实验可以看出，直流母线发生电压暂降时，并入超级电容电压暂降抑制装置后，暂降抑制效果十分明显，波形较为平稳，响应时间为10 ms 左右且无较大波动，证明该装置能有效抑制直流母线的电压暂降。(御风）
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