不平衡及非線性條件下三相四線UPQC的控制策略研究.pdf

1、統(tǒng)一電能質量調節(jié)器(UPQC)是一種電能質量綜合調節(jié)裝置。它以電力電子技術為基礎，實現(xiàn)畸變波形的補償、動態(tài)電壓恢復，實現(xiàn)用戶靈活供電，屬于用戶電力技術(Cuspow)重要內容之一。它改變了電能質量控制中傳統(tǒng)電壓或電流波形分別補償方法，整體適應系統(tǒng)電流和電壓的補償要求，實現(xiàn)多種補償功能，具有較遠的發(fā)展前景和獨特的研究價值。本文針對三相四線制的UPQC系統(tǒng)，進行了以下五個方面的研究工作。
　　 ⑴分析了三相四線UPQC的拓撲結構，介

2、紹了在電源電壓或負載電流出現(xiàn)不平衡或畸變時，三相四線UPQC的工作原理、功能以及達到的補償效果；分析了三相四線UPQC的功率特性，推導出UPQC的有功與無功表達式，得到了潮流分布圖。為獲得控制方程的線性化模型，詳細推導出其三相靜止坐標下和d-q-0 坐標中的低頻模型以及d-q-0 坐標中的小信號模型，獲得了各電量的線性表達式；在此基礎上，分析了直流側電壓與電源有功電流的線性關系，推導出了相關表達式，為后續(xù)章節(jié)的直流側電壓控制策略提供理論

3、依據(jù)。
　　 ⑵探討了在電源電壓、負載電流出現(xiàn)不平衡和畸變時，補償分量的提取方法。補償分量的正確提取是實現(xiàn)UPQC補償功能的前提條件。詳細討論了本文采用的兩種方法。其一是基于同步坐標變換的補償分量檢測方法，即d-q-0 坐標中的補償信號的檢測方法。分析了基于此種坐標變換的常規(guī)補償分量提取方法在系統(tǒng)電壓不平衡及畸變時，不能準確檢測補償信號的原因，進而提出了一種不需要常規(guī)鎖相環(huán)來獲得變換中需要的相角的新方法，給出了經(jīng)過改進的，適合電

4、源電壓不平衡及畸變時，d-q-0 坐標中的補償信號的實際提取方法。其二是基于改進p-q-r 理論的補償分量實際檢測方法。P-q-r 理論是近年出現(xiàn)的一種新的坐標變換理論，但其變換復雜，現(xiàn)有的資料中大多用于補償分量的檢測而無法在p-q-r 軸上實現(xiàn)控制。本文通過對這一理論進行推廣及改進，減小了其變換的復雜性，使其能夠用于實際的控制策略中，實現(xiàn)在p-q-r軸上的獨立控制，提出了基于這一改進理論的p-q-r 理論補償分量的實際提取方法。仿真結

5、果表明，改進后的兩種補償分量的實際提取方法能夠準確的提取補償分量。
　　 ⑶系統(tǒng)地分析了串并聯(lián)補償器協(xié)調控制兩個方面的內容。首先以常見的兩種控制策略為例，介紹了串并聯(lián)補償器在功能上的分工協(xié)作；接著分析了串并聯(lián)補償器由于外部電氣聯(lián)系造成的相互影響的原因，并提出了解決這一影響的基本措施，仿真結果證明，采用這種措施可以提高系統(tǒng)的控制精度，減少穩(wěn)態(tài)誤差。接著分析了在電源電壓、負載電流不平衡、畸變時引起直流側電壓波動，進而造成串并聯(lián)補償器

6、各自逆變器工作時相互影響的原因，通過分析得出結論，當電源電壓或負載電流不平衡時，直流側兩個電容端電壓的波動是不可避免的。提出了在直流電壓波動時，實現(xiàn)與直流側電壓穩(wěn)定時輸出電壓等效的兩種方法。一種方法是通過對調制波乘以調節(jié)系數(shù)，另一種方法是利用沖量相等的原理，通過調整單個開關周期的開通時間來消除直流側電壓波動的影響。
　　 ⑷討論了d-q-0坐標下的三相四線UPQC的間接控制策略。首先介紹了間接控制策略的原理，提出了一種直流側電壓

7、調節(jié)器的設計新方法；分析了常規(guī)串聯(lián)補償?shù)碾妷嚎刂品桨敢约安⒙?lián)補償?shù)碾娏骺刂品桨傅木窒扌?；為消除串并?lián)側存在相互影響，對串聯(lián)補償器，提出了一種帶電壓前饋的雙閉環(huán)控制方案，對并聯(lián)補償器，提出了一種帶狀態(tài)解耦及負載電壓(擾動量)前饋的控制方案。分析了當電源電壓或負載電流不平衡或畸變時，在d、q、0 軸上采用常規(guī)的直流PI 調節(jié)器的控制方案無法消除穩(wěn)態(tài)誤差的原因，為解決這一問題，提高這種情況下的控制精度，實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制，本文借助靜止坐標下交

8、流信號的零穩(wěn)態(tài)誤差調節(jié)器的原理，首次提出了交流等效PI 調節(jié)器的概念，分析了其實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制的原理，探討了將其用于系統(tǒng)電壓、負載電流不平衡及畸變時的串、并聯(lián)補償器的新型控制策略。最后給出了在各種電源電壓、各種負載情況下的各種電壓、電流仿真和實驗波形。仿真和實驗結果表明，采用的控制策略有效地實現(xiàn)了UPQC的補償功能。
　　 ⑸詳細討論了在p-q-r 坐標下的三相四線UPQC的直接控制策略。首先介紹了直接控制策略的原理，分別推導

9、出在p、q、r 軸上的串、并聯(lián)補償器的電流和電壓的控制方程，詳細分析了調節(jié)器參數(shù)的選取方法；針對電源電壓或負載電流不平衡或畸變情況，為了消除直流側電壓波動的影響，在控制策略中加入直流電壓調節(jié)系數(shù)，為消除并聯(lián)補償器對串聯(lián)側的影響，串聯(lián)側控制策略中加入了串聯(lián)補償電壓(擾動)的前饋控制。為消除串聯(lián)補償器對并聯(lián)側的影響，并聯(lián)側控制策略中引入負載電流前饋控制；另外，為實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制，對并聯(lián)補償器的電流環(huán)和電壓環(huán)加入等效交流PI調節(jié)器，給出了詳