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(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)是一種電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)裝置。它以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)畸變波形的補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)用戶靈活供電，屬于用戶電力技術(shù)(Cuspow)重要內(nèi)容之一。它改變了電能質(zhì)量控制中傳統(tǒng)電壓或電流波形分別補(bǔ)償方法，整體適應(yīng)系統(tǒng)電流和電壓的補(bǔ)償要求，實(shí)現(xiàn)多種補(bǔ)償功能，具有較遠(yuǎn)的發(fā)展前景和獨(dú)特的研究?jī)r(jià)值。本文針對(duì)三相四線制的UPQC系統(tǒng)，進(jìn)行了以下五個(gè)方面的研究工作。
　　 ⑴分析了三相四線UPQC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，介

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

3、依據(jù)。
　　 ⑵探討了在電源電壓、負(fù)載電流出現(xiàn)不平衡和畸變時(shí)，補(bǔ)償分量的提取方法。補(bǔ)償分量的正確提取是實(shí)現(xiàn)UPQC補(bǔ)償功能的前提條件。詳細(xì)討論了本文采用的兩種方法。其一是基于同步坐標(biāo)變換的補(bǔ)償分量檢測(cè)方法，即d-q-0 坐標(biāo)中的補(bǔ)償信號(hào)的檢測(cè)方法。分析了基于此種坐標(biāo)變換的常規(guī)補(bǔ)償分量提取方法在系統(tǒng)電壓不平衡及畸變時(shí)，不能準(zhǔn)確檢測(cè)補(bǔ)償信號(hào)的原因，進(jìn)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(jìn)的，適合電

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

5、果表明，改進(jìn)后的兩種補(bǔ)償分量的實(shí)際提取方法能夠準(zhǔn)確的提取補(bǔ)償分量。
　　 ⑶系統(tǒng)地分析了串并聯(lián)補(bǔ)償器協(xié)調(diào)控制兩個(gè)方面的內(nèi)容。首先以常見的兩種控制策略為例，介紹了串并聯(lián)補(bǔ)償器在功能上的分工協(xié)作；接著分析了串并聯(lián)補(bǔ)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(jié)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(fù)載電流不平衡、畸變時(shí)引起直流側(cè)電壓波動(dòng)，進(jìn)而造成串并聯(lián)補(bǔ)償器

6、各自逆變器工作時(shí)相互影響的原因，通過分析得出結(jié)論，當(dāng)電源電壓或負(fù)載電流不平衡時(shí)，直流側(cè)兩個(gè)電容端電壓的波動(dòng)是不可避免的。提出了在直流電壓波動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)與直流側(cè)電壓穩(wěn)定時(shí)輸出電壓等效的兩種方法。一種方法是通過對(duì)調(diào)制波乘以調(diào)節(jié)系數(shù)，另一種方法是利用沖量相等的原理，通過調(diào)整單個(gè)開關(guān)周期的開通時(shí)間來消除直流側(cè)電壓波動(dòng)的影響。
　　 ⑷討論了d-q-0坐標(biāo)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(cè)電壓

7、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)新方法；分析了常規(guī)串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂品桨敢约安⒙?lián)補(bǔ)償?shù)碾娏骺刂品桨傅木窒扌?；為消除串并?lián)側(cè)存在相互影響，對(duì)串聯(lián)補(bǔ)償器，提出了一種帶電壓前饋的雙閉環(huán)控制方案，對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償器，提出了一種帶狀態(tài)解耦及負(fù)載電壓(擾動(dòng)量)前饋的控制方案。分析了當(dāng)電源電壓或負(fù)載電流不平衡或畸變時(shí)，在d、q、0 軸上采用常規(guī)的直流PI 調(diào)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(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差控制，本文借助靜止坐標(biāo)下交

8、流信號(hào)的零穩(wěn)態(tài)誤差調(diào)節(jié)器的原理，首次提出了交流等效PI 調(diào)節(jié)器的概念，分析了其實(shí)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(fù)載電流不平衡及畸變時(shí)的串、并聯(lián)補(bǔ)償器的新型控制策略。最后給出了在各種電源電壓、各種負(fù)載情況下的各種電壓、電流仿真和實(shí)驗(yàn)波形。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用的控制策略有效地實(shí)現(xiàn)了UPQC的補(bǔ)償功能。
　　 ⑸詳細(xì)討論了在p-q-r 坐標(biāo)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(dǎo)

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