【正文】 分類號______ 密級_____U D C ______碩士學位論文電能質(zhì)量控制器串聯(lián)變換器的設(shè)計與實現(xiàn)學位申請人： 唐 軍學科專業(yè)： 電力電子與電力傳動指導(dǎo)教師： 楊蔭福 教授 李 勛 博士 論文答辯日期 學位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 2A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringDesign and Realization of the Series Converter of UPQCCandidate: Jun TangMajor: Power Electronics amp。 Electrical DriveSupervisor: Prof. Yinfu Yang Dr. Xun Li Huazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei . China 430074April, 2006獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律效果由本人承擔。 學位論文作者簽名：唐軍 日期： 2006年 4月 21 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書。不保密√□。 本論文屬于 （請在以上方框內(nèi)打“√”） 學位論文作者簽名：唐軍 指導(dǎo)教師簽名： 日期：2006 年4月20日 82摘 要隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量成為電力系統(tǒng)、電力用戶、電力設(shè)備生產(chǎn)商等各個方面共同關(guān)心的問題。基于電力電子技術(shù)面向配電系統(tǒng)的FACTS技術(shù)（DFACTS）——用戶電力技術(shù)（CUSPOW）成為解決電能質(zhì)量問題有效手段。本文主要內(nèi)容是關(guān)于三相四線制電能質(zhì)量控制器（UPQC）系統(tǒng)的串聯(lián)變流器的研究，進行了以下研究工作。首先，根據(jù)電能質(zhì)量控制器系統(tǒng)的功率電路及功能要求，分析了其工作原理，并且選擇三相四線制的UPQC系統(tǒng)作為研究對象。 其次，分別在靜止ABC及空間旋轉(zhuǎn)dq0坐標系下建立了電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的數(shù)學模型，指出三相四線制的串聯(lián)變流器在三相坐標系下的獨立性以及dq0坐標系下0軸獨立于dq軸的特性。討論了串聯(lián)變流器在理想電網(wǎng)電壓下的控制及非理想電網(wǎng)電壓下的控制問題。為抑制電網(wǎng)電壓不平衡及諧波的影響，提出了兩種有效的控制策略：三相ABC獨立控制、基于SFR的dq0軸控制。介紹了一種基于MATLAB SIMULINK仿真環(huán)境的電路模型仿真技術(shù)，并通過仿真驗證以上控制方案的有效性。最后，給出10kVA三相四線制UPQC串聯(lián)變流器實驗裝置的硬件電路設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計，分別對串聯(lián)變流器單獨運行和串聯(lián)變流器在UPQC系統(tǒng)中運行的各種工況下的運行進行了實驗研究。驗證了統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的串聯(lián)變流器改善電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量有效性。關(guān)鍵詞：統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC) 串聯(lián)變流器 ABC 獨立控制 dq0軸控制Abstract With the development of morden science and industy ,power system 、customer、power facility producer are all concerned with the power quality problem .DFACTS system ,which is based on the technology of power electronics for power distribution area has bee an effective measure to solve power quality problem. The series converter of a three phase four wire UPQC system is studied in this thesis ,the main content of this paper as listed below. Firstly, based on the power circuit and system performance of the series converter of UPQC,the operation principle of the system is analyzed. Then ,according the demand of this paper , three phase four wire UPQC system is chosed as the study object. Secondly,the mathematical models of series converter of UPQC are established in ABC frame and dq0 models show that each phase of the threephase fourwire series converter is individual in ABC frame and 0 axis is independent of dq axis in synchronous frame. The control strategies for series converter are discussed with ideal or nonideal input voltage. For suppressing the influences of nonideal input voltage, three effective control methods are introduced. The first is threephase ABC individual control, the second is dq0 axis control, the third is the harmonic of input voltage forward feedback control. Based on MATLAB SIMULINK environment, a circuit modeling simulating method is introduced. Finally, Finally, a 10kVA power circuit of the series converter of the threephase fourwire UPQC and its coordinated control system based on DSP is designed . A large number of experimental results are obtained when the series converter operate by itself and in the UPQC system,the results prove that the series converter can effectively improve the current quality of power system .Keywords: three phase four wire unified power quality conditioner(UPQC) Series converterthreephase ABC individual control dq0 axis control目 錄摘要………………………………………………………………….…...IABSTRACT……………………………………………………………..II1 緒論…………………………………….1 電能質(zhì)量控制……………….…………… ……………………..…..3 用于電能質(zhì)量控制的用戶電力技術(shù)…………….………………….…......3 本課題研究的必要性和研究內(nèi)容……………………………………....82統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）的工作原理 UPQC系統(tǒng)主電路………………………………………………….……9 UPQC系統(tǒng)的工作原理………………………………………………….10 UPQC系統(tǒng)的等效電路模型……...…………………………..…….…..13 UPQC系統(tǒng)的控制方案………………….……………………………….153串聯(lián)變流器的控制和仿真………………………………………………..17 …………………….……………22………………………………...28…………………….…………………………………………..32 ….………………………………334 串聯(lián)變流器設(shè)計及其控制方案的實現(xiàn)……………………………………………..45………………………………..50………………………………….….565 實驗結(jié)果和全文總結(jié)…………………………….….61……………………….….64 全文總結(jié)……………………………………………………….….….72 今后工作展望………………………………………………….….….73致謝………………………………………………………………………..74參考文獻…………………………………………………………………..75附錄1攻讀碩士學位期間公開發(fā)表論文……………………..………………781 緒 論 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)是使用電力半導(dǎo)體器件及電子技術(shù)對電能進行變換和控制的技術(shù)【1】。它以實現(xiàn)“高效率用電和高品質(zhì)用電”為目標【2】，是一門綜合電力半導(dǎo)體器件、電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)等許多學科的交叉學科。由于電力電子技術(shù)不僅可以對電能使用形式進行靈活多樣的變換，還可以對電壓、電流、頻率、相位、和波形等基本參數(shù)做出精確的控制和高效的處理，使其本身成為一門高新技術(shù)，同時又是其它高技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。近年來電力開關(guān)器件和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使已有研究成果的技術(shù)和經(jīng)濟可行性不斷得到改善。電力電子設(shè)備和系統(tǒng)逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)的控制，大幅度提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用貫穿發(fā)電、輸電、配電和用電全過程。 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運行特性為主要目的。主要應(yīng)用形式有：（1）大型發(fā)電機的靜止勵磁控制。（2）水力、風力發(fā)電機的變速恒頻勵磁。（3）發(fā)電廠風機水泵的變頻調(diào)速。（4）太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)中最典型的應(yīng)用是直流輸電（HVDC）技術(shù)和柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)。（1）直流輸電（HVDC）技術(shù)直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。目前，全球已建成的直流輸電工程超過60 項。近年來，直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成換流器，應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設(shè)備，降低造價。世界上第一個采用IGBT構(gòu)成電壓源換流器的輕型直流輸電工業(yè)性試驗工程于1997 年投入運行。（2） 柔性交流輸電（FACTS）技術(shù) 技術(shù)的概念，是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實現(xiàn)對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。FACTS技術(shù)一方面是現(xiàn)代電力電子開關(guān)與電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的阻抗控制元件、功角控制元件以及電壓控制元件（如串補電容、并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗、移相器、電氣制動電阻等）相結(jié)合的產(chǎn)物，另一方面又將電子技術(shù)引入電力系統(tǒng)，形成了以變流器為核心的新型控制設(shè)備（如靜止同步補償器(STATCOM)）,從而使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個參數(shù)：電壓、線路阻抗及功率角可以按系統(tǒng)要求迅速調(diào)整。 在配電和用電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用【3】在配電和用電環(huán)節(jié)中，配電環(huán)節(jié)解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量，用電環(huán)節(jié)在保證各種負荷的電力用戶自身用電安全可靠的條件下不產(chǎn)生對電網(wǎng)的干擾，這就是電能質(zhì)量控制技術(shù)。電源技術(shù)集中體現(xiàn)了電力電子技術(shù)在