智能低压线路调压装置设计策略探究

智能低压线路调压装置设计策略探究

郭爱明

国网团风县供电公司湖北省黄冈市438800

摘要：电压也称电位差、电势差，是电能质量的一项重要指标。本文从智能低压线路调压装置设计概述展开论述，从BOOST型APFC电路、电压型单相桥式逆变电路、BOOST型APFC控制电路仿真、智能低压线路调压装置系统仿真、仿真结论这几方面来对智能低压线路调压装置设计探究进行一些简单的探讨。

关键词：调压装置；供电质量；控制回路

引言：随着人们的生活水平不断的提升，如今的用电量也在不断增大，用电量过大容易导致电网电压过低，从而出现低电压运行的情况。低电压运行会对用电设备和电网线路造成危害。因此需要调压装置来进行调节。而智能低压线路调节装置拥有灵活性强、针对性强的优势，是调压装置研究的新趋势。

一、智能低压线路调压装置设计概述

低压线路调压装置是用来对供电质量不稳定或较差的低电压网后端进行升压、稳压处理的装置。而智能低压线路调压装置在不新增配电变压器和不延长10KV线路的情况下也可以对低电压网后端进行升压、稳压处理。智能低压线路调压装置是根据电力电子技术、自动控制原理，采用BOOST型APFC电路来控制整个装置。在装置的设计过程中，需要注意对反馈环增益的设计，科学合理的设计反馈环增益才能得到相对稳定的输出。通过得到稳定的输出，可以优化电网的功率因数，从而提升电压的合格率。电压的合格率高，就会促进整个系统在调压范围内都能达到标准合格的用户电压，从而避免低电压运行的情况，同时确保了供电的可靠性。

二、智能低压线路调压装置设计探究

（一）BOOST型APFC电路

PFC技术即功率因数校正技术，PFC技术可以通过对电流脉冲的抑制，从而对电流波形进行校正，使其能够在一定范围内最大限度的接近正弦波。PFC技术是通过将一个DC/DC变换器接入到负载与整流桥之间，达到工作目的。PFC技术主要分两种，PPFC和APFC。此次选取的BOOST型有源功率因数校正电路是指BOOST拓扑作为主电路的功率因数校正电路。在控制回路方面，APFC电路的反馈控制环会出现两种情况，第一种是在电流环是内环的情况下，全波整流后所得电压的波形会与DC/DC变换器的输入电流的波形相同。第二种是当电压环是外环的情况下，DC/DC变换器会直接输出稳定的直流电压。首先将基准电路与输出直流电压比较后，再与整流电输出电流送入乘法器中。以乘法器的输出为基准与取样电流进行比较，然后再从误差放大器中输出，通过PWN驱动电路。之后给出脉冲信号来控制开关，这样就能使输入电流和整流电压两者的波形保持一致。从而保证电压的输出恒定，简化接下来的逆变电路设计[1]。

（二）电压型单相桥式逆变电路

逆变电路是与整流电路的概念相反，其作用在于将直流电转换成交流电。电压型单相桥式逆变电路主要分两种，第一种是全桥电路，第二种是半桥电路。单相桥式逆变电路是由电子器件、电力以及辅助电路组成，改变两组开关切换的频率，可以调整输出交流电的频率。在单相桥式逆变电路中。全桥电路应用比较多。可以将全桥式逆变电路看成是两个半桥电路。电路中一共有四个桥臂，两个为一对，在工作过程中，当成对的桥臂全部导通的时候，两对桥臂交替、各自导通180o。在全桥逆变电路中，电路的输出电压与半桥电路的波形有着相同的形状，都属于矩形波，但全桥逆变电路中输出电压的幅度要比半桥电路的幅度高出一倍，因此两者输出电流的波形虽然形状也相同，但是幅值会增加一倍。在桥式逆变电路中，可以将矩阵波的幅值展开成傅里叶级数中可以得出，当正负电压为180o脉冲的情况下，如果想要改变输出电压的有效值，只能去改变输出直流电压才能实现[2]。

（三）BOOST型APFC控制电路仿真

当电路中有外界信号输入或内部参数变化的时候，可以采用其与基准值的误差信号作为指令，从而进行闭环调节控制，并对所需占空比的大小进行改变，从而稳定被控信号，因此要引入电压电流双闭环控制策略。在BOOST型APFC控制电路仿真中，需要建设控制回路仿真模型、电流环的仿真模型、电压环的仿真模型、PWM环节的仿真模型。通过向其输入90V、170V、250V的电压，来对其输入电流、电压的波形绘制成图，然后进行比较。经过BOOST型APFC控制电路仿真之后，反馈的电流环增益为20，电压环的增益为0.1。在电流环、电压环、PWM环节的仿真模型中，通过观察输入电流、电压的波形图，可以得出其中输入电流和输入电压的相位基本保持一致，从而说明，此次控制回路已经实现了。基于此，可以证明，通过控制回路能够提升电路的功率因数，同时保持了输出电压的稳定性，为后续的逆变工作做出好了准备。

（四）智能低压线路调压装置系统仿真

在创建智能低压线路调压装置系统的过程中，电压检测装置通过对配电变压器的低压侧线路的电压值进行检测，当电压值不在正常的范围时，就会有信号对相应的开关进行断开、闭合处理。在调压系统中，电压检测装置与变压器相连，电压检测装置能计算变比参数，从而设置变压器的变压比例。变压器会根据之前所设定的电压值，对电压进行适当的调整，直到电压正常。智能低压线路调压装置系统仿真过程中，向系统内输入90V、170V、250V的电压，绘制输出时的波形，并对其进行观察。最后通过所显示的波形图可以得出，通过BOOST型APFC电路进行闭环控制后校的电流相位，能够对电压的相位进行跟踪，然后使电压电流同相位，并且在经过校正后，电流波形趋近于正弦波。通过智能低压线路调压装置系统仿真可以证实，对智能低压线路调压装置设计的合理性，从而不断的优化设计，进一步稳定输出电压。

（五）仿真结论

在此次对智能低压线路调压装置的仿真实验中，反馈的结果从理论上证实了BOOST型APFC电路构成的闭环控制电路，在调压装置中的技术可行性。理论上是应用BOOST型APFC电路所产生的脉冲，通过对开关以及器件进行控制，从而达到保持电压稳定，避免低压运行的情况出现。而在理论的基础上，通过创建仿真模型来对整个控制过程进行模拟，从而验证之前的理论分析。在仿真过程中，利用MATLAB软件来完成设计验证。在MATLAB/SIMULINK仿真平台中，可以通过对各个环节的模拟输出信号进行正确性的分析，能够检验出智能低压线路调压装置在各个部分功能的完整性。通过各个环节仿真模型反馈的数据来看，调压装置的各个环节都可以正常运作并达到预期的效果。最后通过对整体进行仿真验证来进一步的对调压装置的技术可行性进行验证，反馈结果可以看出，在输入电压为AC90V-250V的范围内，调压装置可以将其稳定在AC200V-230VＡ，因此证明了设计的合理性以及其在技术上的可行性。因此通过不断的对智能低压线路调压装置进行设计和改造，能够进一步的优化调压装置，从而推进了智能低压线路调压装置的发展。

总结：综上所述，智能低压线路调压装置是一种经济适用的自动调压设备，作为一种新兴的研究趋势，还有很大的完善空间。本次对智能低压线路调压装置设计的探究主要是通过BOOST型APFC电路分析，以及创建相关的仿真模型，在理论上证明了BOOST型APFC控制回路在智能低压线路调压装置中的可行性。

参考文献：

[1]刘逸男,蒋林,王亚楠.智能低压线路调压装置设计[J].电动工具,2018(02):24-27.

[2]叶晓杭.中低压燃气管网智能调压器的试用[A].中国土木工程学会燃气分会.2017中国燃气运营与安全研讨会论文集[C].中国土木工程学会燃气分会:《煤气与热力》杂志社有限公司,2017:10.