【正文】 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????bdcbdccocqcddcdcoqdbdcdcodcqdcdoqddcoqdRCEivvvCLLLviiiRCCSCSCSLLSLRLSLRwLSwLRdtdvdtdidtdidtdi20002000010000100001122223000021111111111111111111111111 （ 329） 其中 TccNc b Nc a NdqoABCTcocqcd vvvTvvv ],[],[ ?? TcbadqoA B CToqd iiiTiii ],[],[ 111111 ?? TcbadqoA B CToqd SSSTSSS ],[],[ 111111 ?? 式（ 329）考慮了 o 軸分量 cov 、 oi1 、 oS1 ，在電網(wǎng)電壓對稱，輸入電流平衡的情況下，有 01 ?oi ， 0?cov ，若控制 bdc Ev 2? ，則式（ 329）可以簡化為： ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21111111111111111200010001022 dccqcddcdcqddcqdcdqddcqdivvCLLviiCSCSLSLRwLSwLRdtdvdtdidtdi （ 330） 理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變 流 器的控制 理想電網(wǎng)電壓是指三相輸入電壓平衡且正弦，電網(wǎng)電壓是一定的 ,所以控制輸入電流的快速有效控制就控制了能量流動(dòng)的速度和大小 .這時(shí)串聯(lián)變流器實(shí)際 可以忽略 0 軸 23 的影響而視為三相三線制 PWM 整流器，采用 dq 軸交叉解耦控制技術(shù) ,可以獲得理想的變流器輸入電流控制效果。 (2) 基于空間旋轉(zhuǎn) dqo 坐標(biāo)系模型 上述模型中，假設(shè)三相電網(wǎng)電壓對稱，三相負(fù)載電壓在并聯(lián)變流器的控制作用下對稱且與電網(wǎng)電壓同相，如下表示： )sin(wtVv smsa ? ， )sin(wtVv LmLa ? （ 317） )32s in ( ??? wtVv smsb ， )32s in ( ??? wtVv LmLb （ 318） )32s in ( ??? wtVv smsb ， )32s in ( ??? wtVv LmLb （ 319） 由式（ 35）～（ 37）及（ 317）～（ 319）可得： )s in ()s in ()( wtVwtVVNv cmLmsmsc a N ??? （ 320） )32s i n ()32s i n ()( ?? ????? wtVwtVVNv cmLmsmsc b N （ 321） )32s i n ()32s i n ()( ?? ????? wtVwtVVNv cmLmsmsccN （ 322） 即串聯(lián)變流器的輸入電壓是對稱的三相正弦電壓。三相輸入電感是對稱的，也即其值及電感電阻大小相等 。通過仿真比較了不同控制策略特點(diǎn)。由于 UPQC 要補(bǔ)償電網(wǎng)輸入電壓的基波偏差、諧波及不對稱，因此串聯(lián)變流器的輸入電壓也存在諧波及不對稱，因此在這種條件下，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變流器輸入電流的正弦和平衡與一般的 PWM 整流器是不同的。總之在直接控制方案下，串聯(lián)變流器隔離了電網(wǎng)與負(fù)載端的電壓擾 動(dòng)，而并聯(lián)變流器隔離了負(fù)載無功功率、負(fù)載諧波電流和不平衡進(jìn)入電網(wǎng)。此外，當(dāng)交流電網(wǎng)掉電或恢復(fù)供電時(shí)，并聯(lián)變流器需要從間接控制策略轉(zhuǎn)為直接控制策略（或反之），存在工作模式的一個(gè)切換，這對于控制來說是不利的。 間接控制方案 【 17】－【 20】 所謂間接控制方案，是指串聯(lián)變流器作為非正弦電壓源運(yùn)行，并聯(lián)變流器作為非正弦電流源運(yùn)行。 由于理想的控制使得電網(wǎng)輸入電流及負(fù)載電壓中無諧波成分，因此系統(tǒng)不從電網(wǎng)吸收諧波功率 snP ，也無負(fù)載諧波功率消耗 LnP 。顯然交流電網(wǎng)只提供有功功率 sP ，用于負(fù)載有功消耗 LP 和系統(tǒng)損耗losP ，而無功功率 0?sQ ，負(fù)載的無功功率需求 LQ 完全由并聯(lián)變流器提供。 （ 3） 變流器的 PWM 開關(guān)頻率足夠高，開關(guān)頻率諧波易于為低通濾波器濾除，從而使得低頻至開關(guān)頻率的諧波減小到可以忽略的程度，負(fù)載電壓和電網(wǎng)輸入電流中的諧波成分足以小到滿足電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)發(fā)生輸出過載或者變流器故障時(shí)，控制信號(hào)觸發(fā)旁路靜態(tài)開關(guān) S2 導(dǎo)通，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入旁路工作模式。 正是由于串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器的共同作用，使得在負(fù)載非線性、電網(wǎng)輸入電壓高于或低于額定值 Rv 且含有諧波電壓時(shí)，負(fù)載電壓 Lv 補(bǔ)償?shù)脚c電網(wǎng)輸入電壓同相的額定正弦電壓 Rv ，同時(shí)交流電網(wǎng)僅輸入基波有功電流 si ，電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為 1。若控制使得 si 與電網(wǎng)輸入電壓 sv 同相，則電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為 1，使電網(wǎng)僅向負(fù)載輸出有功功率 sP ,而無功功率 0?sQ ，顯然此時(shí)串聯(lián)變流器 只是處理有功功率 1P ，而無功功率 01?Q 。負(fù)載電流 Li 具有非線性特性，由基波有功電流 LPi 、基波無功電流 LQi 和諧波電流 Lhi 三部分組成， LhLQLPL iiii ??? 。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電后，系統(tǒng) 重新切回到電網(wǎng)供電狀態(tài)。 UPQC 系統(tǒng)工作原理 【 14】－【 16】 系統(tǒng)功能 圖 所示的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，安裝在交流電網(wǎng) 和電力用戶之間，可以獲得如下的補(bǔ)償效果：對于交流電網(wǎng)側(cè)，使得在負(fù)載不平衡、非線性的情況下，交流電網(wǎng)輸入電流平衡、正弦且與交流電網(wǎng)電壓同相，電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為 1，電網(wǎng)僅向負(fù)載輸送有 11 功功率。 （ 6） 直流母線電池組 1bE 和 2bE ：串聯(lián)連接， 21 bb EE ? ，并接在變流器的公共直流端，作為交流電網(wǎng)掉電時(shí)的備用電源，保證負(fù)載的不間斷供電需求。圖 21 所示串聯(lián)變壓器 Ts 為三相耦合變壓器，采用星型接法。因此本章首先對三相四線制下的 UPQC 功率電路進(jìn)行了描述，說明了 UPQC 的功能，闡述了 UPQC 的工作原理和控制方案，然后分析了 UPQC系統(tǒng)的系統(tǒng)的等效電路，最后討論了不同主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的影響，通過上述的分析，可以對 UPQC 系統(tǒng)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。 然后 本文 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， 討論了 串聯(lián)變流器在理想電網(wǎng)電壓和非理想電網(wǎng)電壓下的控制方案，詳細(xì)分析了串聯(lián)變流器的仿真模型的建立，并對串聯(lián)變流器各種控制 方案進(jìn)行了仿真分析。 本課題研究的必要性和 主要 研究 內(nèi)容 本課題研究的必要性 由于 采用單一的串聯(lián)或并聯(lián)的電能質(zhì)量控制器， 雖然可以改善電力系統(tǒng)的某些運(yùn) 行特性和供電質(zhì)量，但其電路結(jié)構(gòu)要么和電網(wǎng)并聯(lián)，要么 和電網(wǎng)串聯(lián)，其功能相應(yīng)的較為單一， 且 不 能全面 滿足當(dāng)今電力用戶對電能質(zhì)量的全面高要求。 UPQC 有兩類應(yīng)用場合，一類是應(yīng)用于配電系統(tǒng)和工業(yè)電力系統(tǒng)之間的通用補(bǔ)償器，要求的容量較大。 變流器 I和變流器 II都是雙向的 PWM 變流器，即可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。對開關(guān)器件進(jìn)行實(shí)時(shí)的 PWM 控制，使得逆變器輸出電壓 iV? 與交流電網(wǎng)電壓 sV? 同相，那么逆變器輸出的電流 ?I 將與電網(wǎng)電壓 sV? 相差 o90 ， 也即逆變器只輸出無功功率。從負(fù)載側(cè)看，并聯(lián)有源電力濾波器相當(dāng)一個(gè)變化的阻抗，對于諧波頻率來說其阻抗為零或相當(dāng)?shù)牡?，而對于基波頻率，其阻抗則無窮大。如圖 所示，變流器與負(fù)載并聯(lián)地接在電網(wǎng)上，直流端包含一個(gè)電容 C ，輸出端為濾波電感 fL 。而對于基波成分，則等效為零阻抗。一般而言，交流發(fā)電機(jī)的空載電壓是較好的正弦波，如果負(fù)載是線性的，負(fù)載端的電壓也將保持正弦，如果負(fù)載是非線性的，由于諧波電流的影響，將使得負(fù)載端電壓非正弦。 在任意瞬間，當(dāng)電網(wǎng)電壓較正常正弦波電壓瞬時(shí)值偏高時(shí)，補(bǔ)償電壓為負(fù)值使負(fù)載電壓降低為正常瞬時(shí)值，反之當(dāng)電網(wǎng)電壓較正常正弦波電壓瞬時(shí)值偏低時(shí)，則補(bǔ)償電壓為正值使負(fù)載電壓增大到正常瞬時(shí)值。 在配電系統(tǒng)中 用 戶電力技術(shù)了 可以 為用戶提供高質(zhì)量、可靠的電能同時(shí)協(xié)調(diào)電網(wǎng)和用戶之間的關(guān)系使電網(wǎng)不受負(fù)載的干擾。 本文 分析的 電能質(zhì)量控制技術(shù)是面向配電系統(tǒng)的用戶電力技術(shù)（ CUSPOW）。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用， 即用戶電力（ CustomPower）技術(shù)或稱 DFACTS 技術(shù)，是在 FACTS 各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是現(xiàn)在最有前景的電能質(zhì)量控制新技術(shù) 。 隨著配電系統(tǒng)中非線性、沖擊性和不平衡負(fù)荷的不斷增加 ,電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重 。 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(bǔ)電容、并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗、移相器、電氣制動(dòng)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(bǔ)償器 (STATCOM)） ,從而使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個(gè)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。 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(jìn)行無源逆變，解決了用直流輸 電向無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問題。 （ 4） 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng) 。 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。 電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng) 用的一個(gè)重要領(lǐng)域。驗(yàn)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。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。 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。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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 Electrical Drive Supervisor: Prof. Yinfu Yang Dr. Xun Li Huazhong University of Science and Technology Wuhan, Hubei . China 430074 April, 20xx 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)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。 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。 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(gè)方面共同關(guān)心的問題。 其次，分別在靜止 AB