4.储能计算
由式（2）可知，DVR最大注入电压运行条件下，每个级联单元注入的电压为，
此时，要求的直流母线电压约为408V。因此，不考虑电容电压控制条件下，当直流母线电压在408～500V之间变化时，通过控制PWM调制比可以保证每个级联单元输出289V（RMS）补偿电压，即，直流母线的储能电容可以提供的能量为
考虑到DVR最大储能为0.469MJ，则有
将（4）式代入（5）式整理得
考虑到一个级联模块故障时，只有5个单元运行，因此式（5）中每相的乘数取5。
5.滤波器设计
虽然级联多电平结构逆变器等效开关频率很高，输出电压含有的较低次的高次谐波很小，然而在等效开关频率附近仍然分布着大量高次谐波，如不滤除，将增大DVR输出电压波形的总谐波畸变率（THD）。
图1中DVR输出侧配置的无源滤波器可以起到很好的滤除高次谐波的效果，其固有谐振频率必须远大于工频频率，同时远小于需要滤除的高次谐波频率。不过考虑到系统正常工作时，电源侧电压不能损失过大，滤波电抗要尽量减小，而过大的滤波电容会显著增大逆变器的额定容量。设计中要对照滤波效果仔细分析，折衷取值。DVR输出电路两侧放置滤波电抗的目的是限制级联单元中间发生短路故障时可能产生的过电流及电流上升率。
每个器件导通压降以2V估算，则6模块串联运行，待机状态的总压降为24V。考虑将总电压损失限制在5％相电压范围内，则滤波电感上压降为，
以最大运行方式下的线电流（392A）考虑滤波电感压降，计算得到电感值约为281mH，对应的滤波电容值为5mF。
6.逆变器损耗计算
在DVR的系统设计中需考虑逆变器散热的设计，因此，必须准确估算其损耗，为散热装置的设计提供依据。对于这种级联多电平结构，先分析一个模块中各器件的损耗，进而得到整个装置的损耗。表2所示为不同结温下的损耗计算结果。
表2.不同结温下的损耗计算（S＝2MVA）
7.仿真研究
7.1系统等值
等值系统如图3所示。电源系统为无穷大系统，线路侧发生单相接地故障，由于变压器为Y/D接线，低压侧发生无零序分量的电压跌落，电压波形中只含有正序和负序分量。仿真故障时序：0.077秒时刻，降压变压器一次侧A相发生接地；0.164秒时刻，A相接地故障解除。故障期间，变压器二次侧A、B两相相电压跌落约50，C相电压略有升高。
7.2基于载波移相SPWM的底层调制
图4所示为基于EMTDC/PSCAD仿真软件的6单元级联多电平DVR在载波移相SPWM调制下的仿真波形。可见，DVR输出相电压为13电平阶梯波，在没有增加单元器件开关频率条件下，大大提高了输出波形的等效开关频率，极大地消除了较低次高次谐波的影响。
7.3电压暂降补偿
图5为DVR补偿电压暂降的仿真结果。系统电压正常时，DVR装置处于旁路状态，不输出补偿电压。在系统发生电压暂降后，DVR装置检测出暂降，并在较短时间内将负荷端电压补偿至额定值。不过，由于未加滤波器，负荷侧电压的高次谐波含量较高。
7.4谐波抑制
虽然级联多电平结构逆变器等效开关频率很高，输出电压含有的较低次的高次谐波很小，然而在等效开关频率附近仍然分布着大量高次谐波，如不滤除，将增大DVR输出电压波形的总谐波畸变率（THD），如图5所示，DVR注入的高次谐波也影响到负荷电压质量。设置滤波器后的仿真结果及谐波分析见图6（只取A相数据）。
由图6可见，设计的滤波器滤除高次谐波效果显著。
8.结语
（1）电压暂降问题是客观存在的不可避免的，用户为了减少因电压暂降引起的损失，必须采用DVR等定制电力设备。
（2）级联多电平拓扑是高压大容量DVR的合理选择。
（3）介绍了2MVA级联多电平无串联变压器DVR的系统设计及参数计算。
（4）通过基于EMTDC/PSCAD的仿真，验证了设计方案的正确性及有效性。
参考文献：
[1>L.E.Conrad,M.H.J.Bollen．Voltagesagcoordinationforreliableplantoperation[J>．IEEETrans.OnIndustrialApplication,1997，Vol.33：pp.1459-1464.
[2>Laijisheng,PengFangzheng．Multilevelconverteranewbreedofpowerconverters[J>．IEEETransonland.Appli,1996,32(3)：509-517
作者简介：
尹忠东，男，1968年12月生，博士，副教授，从事电力电子、FACTS技术、电能质量方向的研究工作。yzd@ncepubj.edu.cn
