【正文】 分類號 ______ 密級 _____ U D C ______ 碩士學(xué)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(xué)位申請人： 唐 軍 學(xué)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(xué)位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Design and Realization of the Series Converter of UPQC Candidate: Jun Tang Major: Power Electronics amp。 Electrical Drive Supervisor: Prof. Yinfu Yang Dr. Xun Li Huazhong University of Science and Technology Wuhan, Hubei . China 430074 April, 20xx 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)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(biāo)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(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律效果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：唐軍 日期： 20xx 年 4 月 21 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)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(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(xué)位論文。 本論文屬于 （請在以上方框內(nèi)打“ √”） 學(xué)位論文作者簽名：唐軍 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 20xx 年 4 月 20 日 保密 □ ，在 年解密后適用本授權(quán)書。 不保密 √□ 。 I 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(jìn)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(biāo)系下建立了電 能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的數(shù)學(xué)模型，指出三相四線制的串聯(lián)變流器在三相坐標(biāo)系下的獨立性以及 dq0坐標(biāo)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(yùn)行和串聯(lián)變流器在 UPQC系統(tǒng)中運(yùn)行的各種工況下的運(yùn)行進(jìn)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 II 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 converter threephase ABC individual control dq0 axis control 目 錄 摘要 ………………………………………………………………… .… ...I ABSTRACT………………… ……… ………………………………… ..II 1 緒論 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 ……… …………………………… .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 … …………… … …… …………… ....8 2 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 … … …………… .…………… ………………… .15 3 串聯(lián)變流器的 控制 和仿真 串聯(lián)變流器的數(shù)學(xué)模型 ………… …………………………………… ..17 理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的 控制 ………… … ……… .…………… 22 非 理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制 ………………… …………… ...28 鎖相環(huán) …………………… .………………………………………… ..32 串聯(lián)變流器控制仿真建模和仿真分析 … .……………………………… 33 4 串聯(lián) 變流器設(shè)計 及其控制方案的實現(xiàn) 串聯(lián) 變流器 主電路的設(shè)計 …………………………………………… ..45 串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 ……… … …… ……………… ..50 串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計 ……………………… ………… .… .56 5 實驗結(jié)果和 全文總結(jié) 單獨工作的串聯(lián)變流器實驗結(jié)果分析 …………………………… .… .61 串聯(lián)變流器 在 UPQC 系統(tǒng) 中實驗驗證分析 ……………………… .… .64 全文總結(jié) ……………………………… …… ………………… .… .… .72 今后工作展望 …………………………… … ………………… .… .… .73 致謝 ……………………………………………………………………… ..74 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………… ..75 附錄 1攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表論文 …… ……………… ..… ……… …… 78 1 1 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(jìn)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(biāo) 【 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(xué)科的交叉學(xué)科 。 由于電力電子技術(shù)不僅可以對電能使用形式進(jìn)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(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使已有研究成果的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(jì)和社會 效益。 現(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(jī)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(yùn)行特性為主要目的。 主要應(yīng)用形式有： （ 1） 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制 。 （ 2）水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁 。 （ 3） 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)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