【正文】 對兩個變流器 進(jìn)行實(shí)時(shí)、適式的控制， 可以實(shí)現(xiàn)前述各項(xiàng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能。對于負(fù)載側(cè)，使得在電網(wǎng)電壓畸變、不對稱、非額定的情況下，負(fù)載端電壓始終保持對稱、額定正弦且與電網(wǎng)基波電壓同相。 （ 3） 串聯(lián)變流器 VSC1：該變流器經(jīng)輸入電感 L串聯(lián)變壓器 Ts 串聯(lián)接入電網(wǎng)，稱為串聯(lián)變流器，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。最后 對 10KVA 三相四線 UPQC 實(shí)驗(yàn)裝置的串聯(lián)變流器主電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述， 對以 TI公司 DSP 芯片 TMS320LF2407A DSP 為核心控制系統(tǒng)電路作了仔細(xì)的分析 ， 并 對控制 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。另一類是相對容量較小，特別應(yīng)用于對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量要求高的電力用戶。由于采用 PWM 控制， ASVG 可以向電網(wǎng)提供實(shí)時(shí)連續(xù)的感性和容性無功功率，可使得電網(wǎng)功率因數(shù)為任意指令值，電流波形接近正弦，由于同時(shí)能調(diào)控電網(wǎng)電壓，它在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，圖 先進(jìn)的靜止 VAR 發(fā)生器（ ASVG） 7 其性能遠(yuǎn)優(yōu)于晶閘管為基礎(chǔ)的 SVC，它是電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。負(fù)載電流 Li 中除了正弦基波電流 1Li 外，還含有豐富的諧波 電流 hi ，檢測 、 控制 、 驅(qū)動系統(tǒng)T 1T 4T6T3T5T2dV diiavibvicvACi+C G非線性負(fù)載T6T 1PTE?1V ?lX2V ?cLsiii ??1Li?hcii ?BVCVBCiCCiAiBiAV?dVdVAV圖 1 . 3 并聯(lián)有源電力濾波器AVhLLiii ??1hQLPLiii ???11ACiBCiCCiL f 6 hQLPLhLL iiiiii ????? 111 ，這里 PLi1 、 QLi1 分別為基波有功、無功電流。為此，串聯(lián)有源電力濾波器通過串聯(lián)變壓器 PT 串聯(lián)注入一個與負(fù)載端的諧波電壓大小相等、方向相反的補(bǔ)償電壓 cv ，從而使得接在 A B C1 端的其他負(fù)載的電 壓是正弦波，避免了諧波電壓的危害。 用戶電力技術(shù)主要包括串并聯(lián) 補(bǔ)償 的電能質(zhì)量控制技術(shù)、電力系統(tǒng)固態(tài)開關(guān)技術(shù)和超導(dǎo)儲能 4 及其能量變換技術(shù) 。 電能質(zhì)量控制技術(shù) 電能質(zhì)量控制的研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，它對于減少用電設(shè)備的故障，從而保證生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行；對于減小電網(wǎng)內(nèi)部因電能質(zhì)量問題造成的損耗，從而提高電能的使用效率；對于供電企業(yè)樹立強(qiáng)烈的競爭意識，從而有力地促進(jìn)電力市場的孕育與形成 ；對于開辟和帶動電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而推動整個電力產(chǎn)業(yè)的革新與進(jìn)步都具有極其重要的意義 【 3】－【 6】 。 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(qiáng)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(fù)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)。 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)。近年來電力開關(guān)器件和計(jì)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。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。 本論文屬于 （請?jiān)谝陨戏娇騼?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。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(jì)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 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。 不保密 √□ 。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。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。 （ 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 2 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。 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。 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）。本文 主要分析 幾種典型的 串并聯(lián) 補(bǔ)償 的電能質(zhì)量控制技術(shù) 。由于 A B C1 端的電壓經(jīng)補(bǔ)償后為正弦，而電網(wǎng)電壓 sv 也為正弦，因此電網(wǎng)輸入電流 si 也就隨之正弦化。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 ci ( hc ii ? )，于是電網(wǎng)電流 1LcLs iiii ??? ，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。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）。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) 8 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。 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。 （ 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。當(dāng)需要時(shí)，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。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）圖 UPQC單相電路原理圖 ????VSC 12LTs??shv1sv基波諧波1S2v 2i3i??**1L1C 2CcI?LhLii ??? LQiLPiNsNp變比 N = Np / NsNiis/1?dsLPiii2??ciii ??32sLPdiii ??2cLQqiii ??2Lhhii ?2Cv1i1vVSC 2bEsishssvvv ??12SRsLvvvv ??? ?shRshvvvvvv ??? ????? )(11sPsQTPLQLP1P2P2Q1Q??dcVdcc 12 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。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(shí)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。 基于上述 假設(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，如圖 給出了基波及諧波下 UPQC 的單相等效電路，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?；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。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?；跀?shù)學(xué)模型分別給出了在理想和非理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制策略及控制器的設(shè)計(jì)。而且電網(wǎng)的輸入電流和變流器的輸入電流也是一種線性的關(guān)系 ； 直流端電壓 由于并接有電池組，因此為一恒定的電壓源特性 (1) 基于三相靜止 ABC 坐標(biāo)系模型 定義串聯(lián)變流器開關(guān)函數(shù) kk S21 ,S 如下： 三個橋臂對應(yīng)串聯(lián)變流器下管導(dǎo)通，上管關(guān)斷上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷 CBAcbakS k ,011 ????? 三個橋臂對應(yīng)串聯(lián)變流器下管導(dǎo)通，上管關(guān)斷上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷 CBAcbakS k ,102 ????? 顯然有： kk SS 12 1?? （ 31） 由圖 ，串聯(lián)變流器橋端輸出電壓用開關(guān)函數(shù)可以表示為： 22111 dcadcaa vSvSv ?? （ 32） 22111 dcbdcbb vSvSv ?? （ 33） 22111 dccdccc vSvSv ?? （ 34） 由于忽略了電網(wǎng)線路電感及串聯(lián)變壓器漏感，因此串聯(lián)變壓器變流器側(cè)（付方）電壓為 ： )()(12 LasasLasac a N vvNvvNNv ????? （ 35） )()(12 LbsbsLbsbc b N vvNvvNNv ????? （ 36） 19 )()(12 LcscsLcscccN vvNvvNNv ????? （ 37） 由 KVL 定律，對串聯(lián)變流器輸入交流側(cè)可以得到以下描述方程，式中考慮了電感 1L的電阻 1R ： aaac a N viRdtdiLv 11111 ??? （ 38） bbbc bN viRdtdiLv 11111 ??? （ 39） cccc c N viRdtdiLv 11111 ??? （ 310） 由 KCL 定律，串聯(lián)變流器直流側(cè) 方程為： 211111111121111dcbbdcccbbaadcbdcdcdciR EvSiSiSiiiidtdvC????????? ? （ 311） 222221212122122)( dcbbdcccbbaadcbdcdcdciR EvSiSiSiiiidtdvC??????????? ? （ 312） 式中， 1bR 、 2bR 分別為兩電池組 1bE 及 2bE 的等效內(nèi)阻?？梢姶?lián)變流器橋端輸入 d、 q軸電流除受控制量 dv1 、 qv1 的影響外，還受耦合電壓 qiL11? 、 diL11? 和串聯(lián)變流器輸入電壓 cdv 、 cqv 的擾動影響。 串聯(lián)變流器電流指令的計(jì)算 如圖 所示，電流計(jì)算模塊產(chǎn)生的電流指令 *1dI 反映了變流器輸入電流