【正文】 PQC系統(tǒng)中串聯(lián)變流器作為基波正弦電流源運(yùn)行，因此串聯(lián)變流器實(shí)際上是三相四線制的PWM整流器，通過控制串聯(lián)變流器三相輸入電感電流為平衡的正弦電流，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)輸入電流也為平衡的正弦電流，且與電網(wǎng)輸入交流電壓同相，也即實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1。并聯(lián)變流器作為正弦電壓源運(yùn)行，將輸出平衡、額定幅值的正弦電壓于負(fù)載端，由于電壓源對于諧波來說具有很小的阻抗，因此負(fù)載的諧波和電網(wǎng)的諧波電流都流入并聯(lián)變流器支路。檢測負(fù)載的無功和諧波電流，作為電流指令，對并聯(lián)變流器進(jìn)行控制，使得并聯(lián)變流器輸出與負(fù)載無功和諧波電流大小相等的無功和諧波，從而實(shí)現(xiàn)對負(fù)載無功和諧波電流的補(bǔ)償，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦波電流，功率因素為1?；诖丝紤]，本文所指UPQC系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的分析主要基于基波下的等效電路。電網(wǎng)輸入諧波電壓，由于并聯(lián)變流器作為基波正弦電壓源運(yùn)行，負(fù)載電壓中的諧波成分，且，因此電網(wǎng)輸入諧波電壓，即串聯(lián)變流器對于電網(wǎng)諧波電壓而言具有零阻抗，串聯(lián)變流器完全吸收了電網(wǎng)輸入電壓的諧波?；谏鲜黾僭O(shè)，串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器可以分別用靜止的電流源和電壓源來表示，圖中串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器分別用基波和諧波下獨(dú)立的電流源和電壓源來代替。該等效電路模型的獲得基于以下必要的假設(shè)：（1）并聯(lián)變流器采用高頻PWM控制技術(shù)，于負(fù)載端提供平衡的、額定的正弦波電壓，總諧波畸變率THD值低，并且與電網(wǎng)輸入電壓同相。一旦交流電網(wǎng)停電，并聯(lián)變流器從電池組獲取電能，無間隙的繼續(xù)不間斷對負(fù)載供電，稱為Backup工作模式，此時由于電網(wǎng)輸入電壓與輸入電流同相，無相位差，輸入靜態(tài)開關(guān)S1可立即關(guān)斷，防止并聯(lián)變流器的輸出電流向電網(wǎng)倒灌。由于電網(wǎng)輸入電流在串聯(lián)變流器的控制下為正弦波，因此迫使并聯(lián)變流器向負(fù)載輸出電流，其中補(bǔ)償負(fù)載無功電流、補(bǔ)償負(fù)載諧波電流，而負(fù)載的有功電流則由交流電網(wǎng)（）和并聯(lián)變流器（）共同提供，也即并聯(lián)變流器輸出用于補(bǔ)償負(fù)載無功功率的無功功率外，還輸出部分有功功率。采用直接控制策略，串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器分別進(jìn)行獨(dú)立的控制，從而使得整個UPQC系統(tǒng)是一個單輸入單輸出（SISO）的系統(tǒng)，這樣的控制策略可避免多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)在控制上的復(fù)雜性，利于各個變流器選擇最優(yōu)的控制策略來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。 系統(tǒng)工作原理分析 UPQC單相電路原理圖，直流母線端的電池組和電容等效為單個電池組和單個電容，此外電路中忽略了線路阻抗，串聯(lián)變壓器Ts視為一個理想的變壓器。當(dāng)需要時，可以通過串聯(lián)變流器或并聯(lián)變流器對直流母線端的電池組進(jìn)行充電控制。（8）負(fù)載：對于UPQC系統(tǒng)，可以適合各種負(fù)載特性，諸如線性、非線性、不平衡等。（4）并聯(lián)變流器VSC2：該變流器經(jīng)輸出濾波電感L濾波電容C2后并接在負(fù)載端，稱為并聯(lián)變流器，同樣由三相全控半橋電路組成，采用高頻PWM控制技術(shù)，具有雙向四象限工作特性。UPQC系統(tǒng)由以下各部分組成：（1）交流電網(wǎng)：三相四線制，額定電壓220V，頻率50Hz，電壓波動范圍，可能包含諧波電壓，也可能三相不對稱。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析證明電能質(zhì)量控制器串聯(lián)變流器可以有效的改善電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量。本文選擇統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的串聯(lián)變流器作為研究對象，是因?yàn)閁PQC的電路基礎(chǔ)是串并聯(lián)的雙四象限PWM變流器，適用于多種新型電能質(zhì)量補(bǔ)償器、控制器、調(diào)節(jié)器，另外有源電力濾波器APF的理論研究特別是并聯(lián)型APF的理論研究較深入，但是串聯(lián)型APF則研究得不深入，投入實(shí)際應(yīng)用的也很少，所以串聯(lián)變流器是本文的重點(diǎn)。不管那種場合，UPQC可以有效的滿足電力用戶的電能質(zhì)量要求，即可消除電網(wǎng)諧波電壓、基波偏差、不平衡，保持負(fù)載端電壓的額定和正弦，還可以消除負(fù)載產(chǎn)生的無功、諧波電流，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦，功率因數(shù)為1，實(shí)現(xiàn)負(fù)載和電網(wǎng)之間完全的擾動隔離。當(dāng)變流器II工作在整流狀態(tài)對蓄電池進(jìn)行充電時，也可以同時向電網(wǎng)輸出滯后的或超前的無功功率，還可以輸出諧波補(bǔ)償電流。用它可以取代早期采用旋轉(zhuǎn)式同步發(fā)電機(jī)輸出無功功率的“旋轉(zhuǎn)式同步補(bǔ)償機(jī)”，因此稱為靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）。另一方面當(dāng)同時補(bǔ)償負(fù)載無功和諧波電流時，系統(tǒng)PWM變流器的容量要求很大，相對LC無源濾波器而言造價高。使變流器輸出一個與負(fù)載諧波電流大小相等的補(bǔ)償電流()， 先進(jìn)的靜止VAR發(fā)生器（ASVG），電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)G、變壓器PT及線路均只流過負(fù)載基波電流。此外從控制策略角度看，電網(wǎng)電壓的補(bǔ)償是間接性的，而不是直接性的。由于ABC1端的電壓經(jīng)補(bǔ)償后為正弦，而電網(wǎng)電壓也為正弦，因此電網(wǎng)輸入電流也就隨之正弦化。為了增強(qiáng)對重要負(fù)載補(bǔ)償電壓的支持能力，可將帶升壓回路的電池組并聯(lián)在電容器上，電池組的容量應(yīng)保證對電壓突變的補(bǔ)償作用時間和補(bǔ)償功率，通常所需作用時間從幾十毫秒到幾秒鐘。本文主要分析幾種典型的串并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量控制技術(shù)。 用于電能質(zhì)量控制的用戶電力技術(shù)[1]【5】【6】【8】【9】隨著高科技產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，導(dǎo)致能源需求不斷增加。有關(guān)電能質(zhì)量的控制技術(shù)可以分成兩大應(yīng)用技術(shù)及其領(lǐng)域，一是面向輸電系統(tǒng)的柔性交流輸電技術(shù)（FACTS），二是面向配電系統(tǒng)的用戶電力技術(shù)（CUSPOW）。因此，迫切要求提高電能質(zhì)量，協(xié)調(diào)供電和用電的關(guān)系。電源技術(shù)集中體現(xiàn)了電力電子技術(shù)在用電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，現(xiàn)在隨著電力開關(guān)器件性能的不斷提升，各種形式的直流、交流電源給各種電力用戶帶來了巨大的方便。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(yàn)工程于1997 年投入運(yùn)行。（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(diǎn)，對于遠(yuǎn)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(dú)特的優(yōu)勢。（2）水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁。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。它以實(shí)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。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(yàn)證以上控制方案的有效性。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。不保密√□。本人完全意識到本聲明的法律效果由本人承擔(dān)。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(shí)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 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。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。保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書。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。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(dú)立控制、基于SFR的dq0軸控制。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(dú)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(shí)現(xiàn)……………………………………………..45………………………………..50………………………………….….565