【正文】 的大小，并且只包含基波有功分量，變流器輸入功率因數(shù)為 1。采樣環(huán)節(jié)與保持環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù) sT （對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)周期）都很小，可視為小慣性環(huán)節(jié) ,可以把它們合并等效成一個(gè)慣性環(huán)節(jié)eST?11 ? ?se TT 2? 。如我國(guó)學(xué)者陳伯時(shí)曾經(jīng)提出與“三階最優(yōu)整定法” 類似的“振蕩指標(biāo)法”，而圖 閉環(huán)頻率響應(yīng)特性 圖 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度頻率響應(yīng)特性 28 且在性能上略優(yōu)于“三階最優(yōu)整定法”。所以，在實(shí)際調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)定中，往往是根據(jù)一種算法先估算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)大小，然后經(jīng)過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)，反復(fù)地調(diào)節(jié)參數(shù)，使性能良好。 （ 1） 電流環(huán)參數(shù)選擇如下： 1Li TT? （ 341） 對(duì)象中的主導(dǎo)極點(diǎn)與 PI 調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)對(duì)消后，并將系統(tǒng)降階，系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為： 01 12 ??? ie Rpie TT kkSTS （ 342） 一般取阻尼比 ?? ，可以求出： 12 Reipi kTTk ? （ 343） 在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中， mHL 61 ? ， ?? ， sTT se ?20xx ?? ，可以得到調(diào)節(jié)器參數(shù)為 15?pik ， ?? Li TT 。顯然在輸入電壓平衡正弦的情況下 ，有 cdv 為直流量，0cqv ? ，又要求串聯(lián)變流器三相輸入電流正弦、平衡且與輸入電壓同相，即 1 0qI ? ，因此式（ 3－ 37）可以表示為： 12cd d dc dcv I v i? （ 3－ 38） 由式（ 3－ 38）就可以獲得變流器的輸入電流指令 *1dI 、 *1qI ，即： * 21 Ldc dc dcdcd cdP v iI vv?? （ 3－ 39） *1 0qI ? （ 3－ 40） 串聯(lián)變 流 器的電流和電壓控制器的設(shè)計(jì) 一般希望電流控制具有較好的動(dòng)靜態(tài)特性，且又希望控制器的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單成熟，因此電流調(diào)節(jié)器 dCR1 、 qCR1 采用 PI 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。之所以能形成這種 簡(jiǎn)潔形式其主要原 24 因是引入了電流狀態(tài)反饋解耦（ dv12 、 qv12 ），而引入了電網(wǎng)擾動(dòng)電壓（ dv11 、 qv11 ）作前饋補(bǔ)償也使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有進(jìn)一步提高。 (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(duì)稱，三相負(fù)載電壓在并聯(lián)變流器的控制作用下對(duì)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(duì)稱的三相正弦電壓。通過(guò)仿真比較了不同控制策略特點(diǎn)?？傊谥苯涌刂品桨赶?，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(wú)功功率、負(fù)載諧波電流和不平衡進(jìn)入電網(wǎng)。 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。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(wú)功功率 0?sQ ，負(fù)載的無(wú)功功率需求 LQ 完全由并聯(lián)變流器提供。當(dāng)發(fā)生輸出過(guò)載或者變流器故障時(shí)，控制信號(hào)觸發(fā)旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān) S2 導(dǎo)通，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入旁路工作模式。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(wú)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(wú)功功率 01?Q 。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)。 （ 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。因此本章首先對(duì)三相四線制下的 UPQC 功率電路進(jìn)行了描述，說(shuō)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(duì)系統(tǒng)的影響，通過(guò)上述的分析，可以對(duì) UPQC 系統(tǒng)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。 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(duì)電能質(zhì)量的全面高要求。 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)。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(duì)于諧波頻率來(lái)說(shuō)其阻抗為零或相當(dāng)?shù)牡?，而?duì)于基波頻率，其阻抗則無(wú)窮大。而對(duì)于基波成分，則等效為零阻抗。 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。 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）。 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(wèn)題日益嚴(yán)重 。 近年來(lái)，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(wú)源逆變，解決了用直流輸 電向無(wú)交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問(wèn)題。 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。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。 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(wèn)題有效手段。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(xiě)過(guò)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(shū) 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(guó)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。 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(dú)立性以及 dq0坐標(biāo)系下 0軸獨(dú)立于 dq軸的特性。 由于電力電子技術(shù)不僅可以對(duì)電能使用形式進(jìn)行靈活多樣的變換，還可以對(duì)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(shí) 又 是其它高技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。 （ 3） 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵 的變頻調(diào)速 。 （ 2） 柔性交流輸電（ FACTS）技術(shù) 1986年提出的 FACTS 技術(shù)的概念 ，是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。 電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì) 3 電壓、頻率、 諧波和不對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。一方面使電力系統(tǒng)的容量和范圍不斷的擴(kuò)大， 發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)的 控制更加復(fù)雜；另一方面 各種 沖擊性、非線性、不平衡 的負(fù)載和對(duì)電能質(zhì)量敏感的電力用戶在不斷增加 ；要求提高電力生產(chǎn)的質(zhì)量和供電的電能質(zhì)量。 （ 2） 串聯(lián)型有源 電力濾波器 串聯(lián)有源電力濾波器（ Series Active Filter）由可控的電壓源變流器組成，通過(guò)與電網(wǎng)串聯(lián)的變壓器而與電網(wǎng)串聯(lián)連接，其電路結(jié)構(gòu)1V ?LV ?T 1T 4 T 6T 3 T 5T 2dV+Cbac?LX V ??cV ?I?圖 1 . 1 PWM 開(kāi)關(guān)型串聯(lián)基波電壓補(bǔ)償器負(fù)載cI?+ +2V ?圖 1 . 2 串聯(lián)型有源電力濾波器T 1T 4 T 6T3T 5T 2dVsi+CC oL oLXcvsvbaAcA 1PTacvccvbcvBCC 1B 1 5 如圖 所示。 并聯(lián)補(bǔ)償型電能質(zhì)量控制器 （ 1） 并聯(lián)型有源電力濾波器 典型的并聯(lián)型有源電力濾波器（ Shunt Active Filter）由一個(gè)可控的電壓源變流器組成。 （ 2） 靜止同步補(bǔ)償器 先進(jìn)的靜止 VAR 發(fā)生器（ ASVG）：屬于 PWM 開(kāi)關(guān)型無(wú)功功率發(fā)生器，其電路結(jié)構(gòu)基于三相全橋電路組成的電壓型逆變器，如圖 所示。當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，蓄電池對(duì)變流器 II 供電，變流器 II 工作在逆變狀態(tài)，向負(fù) 載提供工作電壓，確保負(fù)載的不間斷供電（ UPS），保證了重要用戶的供電可靠性。 本文 除了緒論以外 主要包括以下內(nèi)容： 首先 分析了統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的工作原理 、系統(tǒng)的等效電路 、 系統(tǒng)的控制方案 。 （ 2） 串聯(lián)變壓器 Ts：該變壓器可以是三相耦合的三相變壓器，也可以是三個(gè)獨(dú)立的單相變壓器，它串接在交流電網(wǎng)和負(fù)載之間，故稱為串聯(lián)變壓器。 需要注意系統(tǒng)的中性點(diǎn) N 連接到電網(wǎng)輸入中線、串聯(lián)變壓器中線、電池組中點(diǎn)、直流母線電容中點(diǎn)及并聯(lián)變流器濾波電容的中點(diǎn)。交流電網(wǎng)輸入電壓 sv 包含諧波分量 shv ，其基波分量記為 1sv ， shss vvv ?? 1 。而由于并聯(lián)變流器受控為額定基波正弦電壓源，負(fù)載電壓 Lv 總是維持額定正弦波不變，因此迫使串聯(lián)變流器經(jīng)串聯(lián)變壓器輸出的電壓 v? 由兩部分組成， hvvv ????? 1 ，其中hv? 為諧波補(bǔ)償電壓，它與交流電源中的諧波電壓 shv 大小相等， shh vv ?? ，但方向相反； 1v? 為基波電壓補(bǔ)償量，用于補(bǔ)償電源電壓的基波 1sv 與負(fù)載電壓額定值 Rv 的偏差，所以串聯(lián)變流器提供的補(bǔ)償電壓 v? 既抵消了電源電壓 sv 中的諧波 shv ，又補(bǔ)償基波電壓 1sv ，使負(fù)載電壓 Lv 成為與電 網(wǎng) 基波電壓 1sv 同相的正弦波額定電壓 Rv 。 （ 2） 串聯(lián)變流器采用高頻 PWM 控制技術(shù)，使得電網(wǎng)輸入電流為平衡的正弦波電流，總諧波畸變率 THD 值低，并且電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為 1。而負(fù)載諧波電流 hhshhLh III 330 ?? ????? ，由于 00??shI ，顯然 hhhLh II 33 ?? ??? ，即并聯(lián)變流器對(duì)于負(fù)載諧波電流而言具有零阻抗，并 聯(lián)變流器完全抑制了負(fù)載的諧波電流。采用間接控制策略，需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓及負(fù)載電流的擾動(dòng)畸變等信息，由于是通過(guò)消除擾動(dòng)來(lái)獲得補(bǔ)償效果，因此從電網(wǎng)端看，對(duì)于負(fù)載電壓的調(diào)節(jié)和輸入功率因數(shù)的校正是間接的。因此串聯(lián)變流器的控制關(guān)鍵是 如何維持變流器的輸入電流為期望的正弦電流。 為建立串聯(lián)變流器的模型，假設(shè)：三相全橋電路中各開(kāi)關(guān)器件為理想的開(kāi)關(guān)器件 。在以后的論述中，如果沒(méi)有特殊標(biāo)注與說(shuō)明， qd, 軸都按照如圖 32 所示的定義。 由于不希望電網(wǎng)電流中包含無(wú)功分量，因此 q 軸電流控制指令 0*1 ?qI ?；鶊D 系統(tǒng)解耦后傳遞函數(shù)框圖 26 于以上認(rèn)定，三相串聯(lián)變流器系統(tǒng)經(jīng)交叉解耦后可 d軸和 q軸成為兩個(gè)獨(dú)立的單閉環(huán)系統(tǒng)，因此 d、 q軸可以分別獨(dú)立設(shè)計(jì)控制器。 （ 2） 對(duì)于電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ，由于考慮有電池組的接入，并且其作用僅僅是提供系統(tǒng)功耗所需要的附加電流指令 1I? ，因此電壓調(diào)節(jié)器對(duì)于直流電壓控制的穩(wěn)態(tài)精度、響應(yīng)時(shí)間的要求不是太高，而且串聯(lián)變流 器的控制關(guān)鍵是內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器的快速調(diào)節(jié)，因此往往要求電流調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間比電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間快 3～ 5