【正文】 需要指出的是調節(jié)器參數的設定是一個多次反復調試的過程，任何一 種方法都只能起指導作用。系統(tǒng)的設計方法是將調節(jié)器中的零點與對象中的主導極點11LTS ??對消，將系統(tǒng)轉化成典型Ⅰ形系統(tǒng)，然后根據要求選取阻尼比，從而確定調節(jié)器參數。忽略系統(tǒng)功耗，且電池組不充電也不圖 理想電網電壓下串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)框圖 1L?1L?? ?????????di1qi1*1 di0*1?qicdvcqvdv1qv1空間電壓矢量驅動信號發(fā)出 *dcvdcv? ???*1 dIt?sin t?c o s串聯(lián)變流器1icNvqCR 1dCR 11I?dcVR電流指令計算模塊ABCTodqt?s int?c o sPLLsavc aNvc bNvcc Nv1 ai1 bi1 cicdvcqv1 di1 qiL dcPSPW M 25 放電，變流器輸入的有功功率 1P 應等于直流側負載吸收的有功功率 LdcP ： 1 1 1 2c d d c q q d c d c L d cP v I v I v i P? ? ? ? （ 3－ 37） 式中 2dci 為直流側負載電流。 現假設變流器輸出的控制電壓矢量中包含三個分量： dddd vvvv 1312111 ??? （ 333） qqqq vvvv 1312111 ??? （ 334） 其中 cdd vv ?11 ， qd iLv 1112 ?? ； cqq vv ?11 ， dq iLv 1112 ??? 將式（ 333）和（ 334）分別代入（ 331）和（ 332）得： ddd viRdtdiL 131111 ??? （ 335） qqq viRdtdiL 131111 ??? （ 336） 在式（ 335）和（ 336）表示的 dq 電流子系統(tǒng)中， dq 軸電流是獨立控制的，而且控制對象也很簡單，相當于對一個一階對象的控制。 若令 dcdcdc CCC ?? 21 ， 并 且 考 慮 電 容 兩 端 電 壓 均 分 ， 電 池 組 對 稱 ， 即dcdcdc vvv ?? ， bbb EEE ?? 21 ， bbb RRR ?? 21 ，則綜合式（ 31）～（ 312）可以得到串聯(lián)變流器在靜止 ABC 坐標下的數學模型： 11111 RivSvvdtdiL adcadcc aNa ???? （ 313） 11111 RivSvvdtdiL bdcbdcc bNb ???? （ 314） 20 11111 RivSvvdtdiL cdccdcccNc ???? （ 315） 2111111 )( dcb bdcccbbaadcdc iR EvSiSiSidtdvC ?????? （ 316） 由式（ 313）～（ 315）可見，對于本文所示的三相四線制串聯(lián)變流器電路，相當于三個獨立的半橋電路的組合，這樣的電路結構可以實現對三相輸入電流的獨立控制，也利于消除三相電流的不平衡。詳細分析串聯(lián)變換器 matlab 仿真模型的建立的方法。對于負載無功和不平衡，串聯(lián)變流器作為正弦電流源運行，使得電網輸入電流為正弦且功率因素為 1，由于電流源對于諧波電壓具有很大的阻抗，因此電網的諧波電壓被阻斷而不影響負載端電壓。 統(tǒng)一電能質量調節(jié)器的控制方案 對于統(tǒng)一電能質量調節(jié)器 UPQC，每個變流器要么作為電流源控制，要么作為電壓源控制，按控制方案分，統(tǒng)一電能質量調節(jié)器有如此兩類基本的控制方案。圖 (a)，電網輸入電壓作為參考向量，記為 0?sV ；由于并聯(lián)變流器受控為基波正弦電壓源，輸出與電網輸入電壓同相的負載電壓，因此負載電壓記為 0?LV ；而串聯(lián)變流器受控為基波正弦電流源，因此僅從電網吸收基波有功電流且和電網輸入電壓同相，記為 0?sI ；負載電流滯后負載電壓一個角度 ? ，記為 ??LI ；負載吸收的有功功率記為 LP ，無功功率記為 LQ ；并聯(lián)變流器輸出電流記為 33 ??I ；串聯(lián)變流器輸出電壓記為 ??? ?V ；考慮串聯(lián)變壓器漏抗 X ，其壓降記為 XXV ?? 。當電網恢復正常后，系統(tǒng)可以重新 切回到 Standby 工作模式。本文中 串聯(lián)變流器受控為基波正弦電流源，其輸出電流 1i 為正弦波，經串聯(lián)變壓器 Ts的線性放大作用，因此電網輸入電流 si 受控為正弦。 當發(fā)生交流電網掉電時，直流母線端的電池組放電，經并聯(lián)變流器向負載不間斷的供電，具有 UPS 的功能。 （ 5） 直流母線電容 1dcC 和 2dcC ：串聯(lián)連接， 21 dcdc CC ? ，并接在串聯(lián)變流器 VSC1和并聯(lián)變流器 VSC2 的公共直流端。 9 2 統(tǒng)一電能質量調節(jié)器 UPQC 的工作原理 統(tǒng)一電能質量調節(jié)器 UPQC 是具有綜合電能質量調節(jié)能力的電力電子裝置，電路結構比單一電能質量調節(jié)器復雜，為了對其實現有效控制并達到預期目標，首先要對其工作原理進行分析 和研究。 因此 統(tǒng)一電能質量調節(jié)器是面向配電網（電 力用戶）的最優(yōu)的電能質量調節(jié)器。 UPQC【 5】 【 6】 統(tǒng)一電能質量調節(jié)器 UPQC（ Unified Power Quality Conditioner）結合了串聯(lián)和并聯(lián)兩個有源電力濾波器，不同的是兩個變流器直流公共端并接有蓄電池，其電路結構如圖 所示。若還要求補償負載電流中 的無功電流，則只要令補償器輸出的電流 hQLc iii ?? 1 即可，如此可以實現電網功率因數為 1。這意味著對于諧波電流，串聯(lián)有源電力濾波器在電網側具有無窮大的阻抗，因此沒有諧波電流經負載流入電網，或經電網流入負載。 串聯(lián)補償型電能質量控制器 （ 1） 動態(tài)電壓恢復器（ DVR） 動態(tài)電壓恢復器 DVR（ Dynamic Voltage Restorer）的電路結構如圖 所示， DVR 僅在電網電壓發(fā)生突變、偏離額定正弦電壓波形瞬時值時，變換器才輸出一定數值和波形的非周期補 償電壓，串聯(lián)加入電網后使負載端電壓近似為額定正弦波。兩者的技術基礎都是電力電子技術，各自的控制器在結構和作用上也基本相同，其差別是額定電氣值的不同，只是針對不同的需要分別應用于不同的領域 【 7】【 8】 。為了改善電力電子裝置對電網的干擾，功率因數校正技術得到廣泛 應用，電源技術不斷向高頻化、模塊化、數字化及軟開關方向發(fā)展，電磁兼容性能 也 不斷提高。目前，全球已建成的直流輸電工程超過 60 項。 現代電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用貫穿發(fā)電、 輸電、配電和用電 全過程 。 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計和控制系統(tǒng)設計，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。 I 摘 要 隨著現代科技和工業(yè)技術的發(fā)展，電能質量成為電力系統(tǒng)、電力用戶、電力設備生產商等各個方面共同關心的問題。 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位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。討論了串聯(lián)變流器在理想電網電壓下的控制及非理想電網電壓下的控制問題。 電力系統(tǒng)是電力電子技術應 用的一個重要領域。 （ 4） 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng) 。 FACTS技術一方面是現代電力電子開關與電力系統(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）相結合的產物，另一方面又將電子技術引入電力系統(tǒng)，形成了以變流器為核心的 新 型控制設備（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：電壓、線路阻抗及功率角可以按系統(tǒng)要求迅速調整。電力電子技術和現代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用， 即用戶電力（ CustomPower）技術或稱 DFACTS 技術，是在 FACTS 各項成熟技術的基礎上發(fā)展起來的，是現在最有前景的電能質量控制新技術 。 在配電系統(tǒng)中 用 戶電力技術了 可以 為用戶提供高質量、可靠的電能同時協(xié)調電網和用戶之間的關系使電網不受負載的干擾。一般而言，交流發(fā)電機的空載電壓是較好的正弦波，如果負載是線性的，負載端的電壓也將保持正弦，如果負載是非線性的，由于諧波電流的影響，將使得負載端電壓非正弦。如圖 所示，變流器與負載并聯(lián)地接在電網上，直流端包含一個電容 C ，輸出端為濾波電感 fL 。對開關器件進行實時的 PWM 控制，使得逆變器輸出電壓 iV? 與交流電網電壓 sV? 同相，那么逆變器輸出的電流 ?I 將與電網電壓 sV? 相差 o90 ， 也即逆變器只輸出無功功率。 UPQC 有兩類應用場合，一類是應用于配電系統(tǒng)和工業(yè)電力系統(tǒng)之間的通用補償器，要求的容量較大。 然后 本文 建立 了電能質量控制器的 串聯(lián)變流器的數學模型， 討論了 串聯(lián)變流器在理想電網電壓和非理想電網電壓下的控制方案，詳細分析了串聯(lián)變流器的仿真模型的建立，并對串聯(lián)變流器各種控制 方案進行了仿真分析。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。 UPQC 系統(tǒng)工作原理 【 14】－【 16】 系統(tǒng)功能 圖 所示的統(tǒng)一電能質量調節(jié)器，安裝在交流電網 和電力用戶之間，可以獲得如下的補償效果：對于交流電網側，使得在負載不平衡、非線性的情況下，交流電網輸入電流平衡、正弦且與交流電網電壓同相，電網輸入功率因數為 1，電網僅向負載輸送有 11 功功率。負載電流 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 ??? 。 正是由于串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器的共同作用，使得在負載非線性、電網輸入電壓高于或低于額定值 Rv 且含有諧波電壓時，負載電壓 Lv 補償到與電網輸入電壓同相的額定正弦電壓 Rv ，同時交流電網僅輸入基波有功電流 si ，電網輸入功率因數為 1。 （ 3） 變流器的 PWM 開關頻率足夠高，開關頻率諧波易于為低通濾波器濾除，從而使得低頻至開關頻率的諧波減小到可以忽略的程度，負載電壓和電網輸入電流中的諧波成分足以小到滿足電能質量標準的要求。 由于理想的控制使得電網輸入電流及負載電壓中無諧波成分，因此系統(tǒng)不從電網吸收諧波功率 snP ，也無負載諧波功率消耗 LnP 。此外，當交流電網掉電或恢復供電時，并聯(lián)變流器需要從間接控制策略轉為直接控制策略（或反之），存在工作模式的一個切換，這對于控制來說是不利的。由于 UPQC 要補償電網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，實現串聯(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。三相輸入電感是對稱的，也即其值及電感電阻大小相等 。利用變換矩陣 0dqABCT ? 及反變換矩陣 ABCdqT ?0 ，根據式（ 313）～（ 316）可得到同步旋轉坐標系下系統(tǒng)模型為： qdccqqdd SLvLviLRwidtdi 11111111 ????? （ 325） ddccddqq SLvLviLRwidtdi 11111111 ???? （ 326） 圖 dqo 坐標系與 ABC 坐標系 22 dcodccooo vLSLvLviLRdtdi 11111111 2 3????? （ 327） bdcbdcdcbdcdcodcoqdcqddcddc RC E