【導(dǎo)讀】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。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確。本人完全意識(shí)到本聲明的法律效果由本人承擔(dān)。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。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。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。生產(chǎn)商等各個(gè)方面共同關(guān)心的問題。基于電力電子技術(shù)面向配電系統(tǒng)的FACTS技術(shù)。且選擇三相四線制的UPQC系統(tǒng)作為研究對(duì)象。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。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。介紹了一種基于MATLABSIMULINK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。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。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

　　

【正文】 dtdi20002000010000100001122223000021111111111111111111111111 （ 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(duì)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。 串聯(lián)變 流 器的 d,q 軸電流解耦控制 【 32】【 36】－【 38】 由式（ 330）表示的串聯(lián)變流器數(shù)學(xué)模型得串聯(lián)變流器輸入電流滿足下式： dcdqdd vviLiRdtdiL 1111111 ????? ? （ 331） qcqqdq vviRiLdtdiL 1111111 ????? ? （ 332） 式中 di1 、 qi1 為變流器輸入電流 ),(1 cbai 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的 d、 q 軸分量，同理 cdv 、cqv 為變流器輸入電壓 Ncbacv ),( 的 d、 q 分量， dv1 、 qv1 則為控制量，有 dcdd vSv 11 ? 、dcqq vSv 11 ? 。可見串聯(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(dòng)影響。 現(xiàn)假設(shè)變流器輸出的控制電壓矢量中包含三個(gè)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(dú)立控制的，而且控制對(duì)象也很簡單，相當(dāng)于對(duì)一個(gè)一階對(duì)象的控制。之所以能形成這種 簡潔形式其主要原 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。 圖 給出了解耦后的串聯(lián)變流器輸入電流控制系統(tǒng)。 檢測三相 A、 B、 C 系統(tǒng)的負(fù)載電流、負(fù)載電壓和電網(wǎng)輸入電壓，經(jīng)坐標(biāo)變換和低通濾波 LPF 后得到與基波對(duì)應(yīng)的直流分量，利用 UPQC 系統(tǒng)功率平衡原理求出 *1dI ， 若考慮系統(tǒng)中的功率損耗，則需在 *1dI中附加一增量 1I? ，其由外環(huán)直流母線電壓調(diào)節(jié)器 dcVR 產(chǎn)生。 由于不希望電網(wǎng)電流中包含無功分量，因此 q 軸電流控制指令 0*1 ?qI 。電流調(diào)節(jié)器 dCR1 、 qCR1 的輸出結(jié)合解耦電壓反饋和輸入電壓前饋 合成控制量 dv1 、 qv1 ，由此控制量對(duì)串聯(lián)變流器實(shí)行實(shí)時(shí)的SVPWM 或 SPWM 控制，使變流器輸入電流 1i 跟蹤 *1dI ，則可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變流器作為基波正弦電流源運(yùn)行的功能，從而也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)輸入電流的控制?？刂葡到y(tǒng)中 引入解耦電壓反饋和輸入電壓前饋，可以消除它們對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)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。忽略系統(tǒng)功耗，且電池組不充電也不圖 理想電網(wǎng)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(qū)動(dòng)信號(hào)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(jì)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(yīng)等于直流側(cè)負(fù)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(cè)負(fù)載電流。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)。一般在設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)， 認(rèn)為直流電壓的變化對(duì)交流電流無影響，或者說相對(duì)于電流變化而言直流電壓變化比較慢，可以認(rèn)為在電流的動(dòng)態(tài)變化過程中直流電壓基本不變。通過設(shè)定電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)為電流環(huán)的 3～ 5 倍以上，并且 直流端并接電池組，可以保證直流電壓近似恒定。基圖 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。圖 d軸系統(tǒng)傳遞函 數(shù)框圖。 圖中考慮了采樣環(huán)節(jié) sys1 及保持環(huán)節(jié) sys3， sys2 為 PI調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)對(duì)象為 sys4，有11 1RkR ?， 111 RLTL ?。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? 。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將調(diào)節(jié)器中的零點(diǎn)與對(duì)象中的主導(dǎo)極點(diǎn)11LTS ??對(duì)消，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成典型Ⅰ形系統(tǒng)，然后根據(jù)要求選取阻尼比，從而確定調(diào)節(jié)器參數(shù)。 （ 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 。 由圖 ，可以得到系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) )(sG 及輸出動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度傳遞函數(shù) )(sH ： 121*11 )( )()(RpiieiRpidd kkSTTTS kksi sisG ???? （ 344） 1121112131)()()( )()(RiRieRpiRpiiLiieLiedcd kSTkTTS kkkkTSTTTTSTTTSsi svsH ? ??????? （ 345） 27 式（ 344）、（ 345）的頻率響應(yīng)分別如圖 、圖 所示，由圖 可見，在系統(tǒng)基波頻率處（ srad /314?? ），系統(tǒng)的幅值增益為 0dB，而相角為 o7? ，系統(tǒng)帶寬約為3550 srad/ （ 565Hz），這說明在 PI 調(diào)節(jié)器作用下，系統(tǒng)電流控制穩(wěn)定，不存在幅值誤差。而圖 ，基波頻率處的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度為 ，相當(dāng)于串聯(lián)變流器基波等效輸入阻抗為 ? ， 是 變流器交流側(cè)電抗的 121 倍，說明串聯(lián)變流器被控制為一個(gè)電流源在運(yùn)行。 （ 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 倍。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 中 ， 電 流 環(huán) 的 截 止 頻 率 為 srT ec /9 1 04 5 ????， 電 壓 環(huán) 截 止 頻 率 為srTT etuc /4171 ??? ，符合要求。 在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器中本文雖然給出了電流調(diào)節(jié)器與電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法，但它們不是唯一的。如我國學(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”。需要指出的是調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定是一個(gè)多次反復(fù)調(diào)試的過程，任何一 種方法都只能起指導(dǎo)作用。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)過仿真與實(shí)驗(yàn)，反復(fù)地調(diào)節(jié)參數(shù)，使性能良好。 非理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變 流 器的控制 在第二章分析了 UPQC的兩個(gè)變流器要么作為電流源控制，要么作為電壓源控制。當(dāng)串聯(lián)變換器作非正弦電壓源運(yùn)行 , 并聯(lián)變流器作為非正弦電流源運(yùn)行時(shí) , UPQC采用間接控制 . 當(dāng)串聯(lián)變換器作正旋電流源運(yùn)行 , 并聯(lián)變流器作為正弦電壓源運(yùn)行時(shí) , UPQC采用間接控制 . 另外 ,在輸入電壓不平衡、非正弦的情況下，如果依然采用理 想電網(wǎng)電壓下的 dq 軸控制策略，將使串聯(lián)變流器輸入電流不平衡、輸入電流與輸入電壓間存在相移、輸入電流諧波加重等惡劣