統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）的分析與控制.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，各種精密儀器和設備越來越多地得到使用，電力用戶對電能質(zhì)量的要求也越來越高。為改善配電系統(tǒng)電能質(zhì)量問題，自上世紀八十年代末以來，基于電力電子技術的面向配電系統(tǒng)的FACTS 技術（DFACTS）/用戶電力技術（CUSPOW）得到了電力科研工作者的廣泛關注。一系列的DFACTS 元件相繼得到研究和開發(fā)，其中由串、并聯(lián)雙變流器組成的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）具有綜合的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)能力，不僅可以改善電網(wǎng)輸入電流的電能質(zhì)量問

2、題，也可以改善負載輸入電壓的電能質(zhì)量問題，被認為是最有前途的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。本文針對三相四線制的UPQC，開展了以下一些研究工作，為此類電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器在配電系統(tǒng)中的實際應用進行了一些有益的探索。 分析了三相四線UPQC 的工作原理，指出UPQC 的并聯(lián)變流器受控為正弦電壓源，而串聯(lián)變流器受控為正弦電流源就可以實現(xiàn)UPQC 對電能質(zhì)量的綜合調(diào)節(jié)?；谙到y(tǒng)的理想控制作用及其等效電路模型，較深入地闡明了UPQC 的靜態(tài)工作特性，對串聯(lián)

3、變流器輸出的補償電壓、并聯(lián)變流器輸出的補償電流、不同工況下系統(tǒng)各部分吸收、發(fā)出有功功率/無功功率的情況以及串、并聯(lián)變流器的伏安容量進行了詳細分析，指出了在忽略串聯(lián)變壓器漏感的情況下補償電壓完全由負載電壓及電網(wǎng)輸入電壓的幅值決定，補償電流則受電網(wǎng)輸入電壓、負載電壓及負載偏移角的影響，而變流器伏安容量則與負載功率因數(shù)、負載電流諧波畸變率、負載電壓與電網(wǎng)輸入電壓的比值等因素有關。此外討論了UPQC 不同的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，指出其不同的應用場合及

4、優(yōu)缺點，并且基于三相三線制系統(tǒng)及三相四線制系統(tǒng)分析了串聯(lián)變壓器付方不同接法的適用性，指出了具有中線的串聯(lián)變壓器付方星型接法適用于三相四線制的UPQC 系統(tǒng)。另外還介紹了一種基于MATLABSIMULINK 仿真環(huán)境的電路模型仿真技術，為后述的分析研究提供了有效的驗證手段。 分別在靜止ABC 及同步旋轉(zhuǎn)dq0 坐標系下建立了三相四線串聯(lián)變流器及并聯(lián)變流器的數(shù)學模型，指出了三橋臂構(gòu)成的四線制串聯(lián)變流器/并聯(lián)變流器在三相坐標系下具有A

5、BC 三相獨立而在dq0 坐標系下具有dq 軸耦合、0 軸獨立于dq 軸的特性。 研究了串聯(lián)變流器的單獨運行及其輸入電流的控制。通過對非理想輸入電壓下串聯(lián)變流器的分析，指出不平衡輸入電壓會在直流母線端電壓中產(chǎn)生二次諧波的波動，反過來該二次諧波會在輸入電流中產(chǎn)生三次諧波；而輸入電壓的N 次諧波會在母線端電壓中產(chǎn)生N-1 及N+1 次諧波，在輸入電流中則產(chǎn)生相應次的諧波影響。為抑制輸入電壓不平衡及諧波的影響，本文提出了兩種較為有效的

6、控制策略：三相ABC 獨立控制及dq0 軸控制，指出了兩種控制策略下獲取電流指令及設計電流控制器的一些特殊考慮。此外分析了直流母線端兩組電容電壓不平衡的原因，并提出了一種簡單有效的抑制方法。仿真及實驗結(jié)果表明針對串聯(lián)變流器所提的各種控制方法是有效的。 研究了并聯(lián)變流器的單獨運行及其輸出電壓的控制。首先討論了非理想負載特性，指出負載的不平衡及非線性必然導致并聯(lián)變流器輸出電壓的不平衡及諧波畸變。其次提出了一種適用于三相四線制變流器的

7、三維空間矢量調(diào)節(jié)技術，克服了傳統(tǒng)二維空間矢量調(diào)節(jié)技術在三相四線系統(tǒng)中應用的局限，仿真驗證了該調(diào)節(jié)技術的可行性。最后對比了三相ABC 獨立控制及dq0 軸電壓電流雙環(huán)控制的控制效果，指出采用所提的兩種控制方法均可以獲得較理想的平衡、穩(wěn)定的電壓輸出，然而對輸出電壓中的負序分量及諧波的抑制能力有限。為此在dq0 軸雙環(huán)控制的基礎上引入負序控制和諧波控制，或者在ABC獨立控制中引入重復控制，則可以進一步消除輸出電壓中的負序分量和諧波。仿真及部分

8、實驗結(jié)果驗證了所提控制方法的有效性。 詳細討論了10kVA 三相四線制UPQC 實驗裝置的硬件電路設計和控制系統(tǒng)設計，給出了系統(tǒng)功率電路硬件參數(shù)的設計過程，以及串聯(lián)變流器、并聯(lián)變流器協(xié)調(diào)控制的雙DSP控制系統(tǒng)原理及軟件流程，提出了一種有效的系統(tǒng)投入與退出運行的策略?；诖⒉⒙?lián)變流器的協(xié)調(diào)控制策略，對三相四線UPQC 在各種工況下的運行進行了較全面的仿真研究及實驗，詳細分析驗證了UPQC 的系統(tǒng)性能，實驗結(jié)果表明所提串、并聯(lián)變流