【正文】 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? 為基波電壓補償量，用于補償電源電壓的基波 1sv 與負載電壓額定值 Rv 的偏差，所以串聯(lián)變流器提供的補償電壓 v? 既抵消了電源電壓 sv 中的諧波 shv ，又補償基波電壓 1sv ，使負載電壓 Lv 成為與電 網(wǎng) 基波電壓 1sv 同相的正弦波額定電壓 Rv 。 正常時交流電網(wǎng)與 UPQC 共同對負載供電，稱為 Standby 工作模式，此時輸入靜態(tài) 13 開關(guān) S1 導(dǎo)通，其兩個并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通信號是按輸入電壓的正負半周分別加上的。當電網(wǎng)恢復(fù)正常后，系統(tǒng)可以重新 切回到 Standby 工作模式。 等效電路模型 本 節(jié)討論 UPQC 系統(tǒng)的等效電路模型，通過定義系統(tǒng)在基波和諧波下的等效電路，使得對系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性分析簡單化。 （ 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。 圖 UPQC 基波及諧波單相等效電路模型 (a) 基波等效電路 模型 (b) 諧波等效電路模型 14 （ 4） 串聯(lián)變壓器變比為 1，使得串聯(lián)變流器輸入電流也就代表了電網(wǎng)的輸入電流，串聯(lián)變壓器原邊電壓也即串聯(lián)變流器輸入電壓。圖 (a)，電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)吸收基波有功電流且和電網(wǎng)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 ?? 。 圖 (b)給出了 UPQC 諧波下的等效電路，由于串聯(lián)變流器作為一個基波正弦電流源運行，電網(wǎng)輸入電流中的諧波成分 00??shI ，因此串聯(lián)變流器對諧波電流而言具有無窮大阻抗。而負載諧波電流 hhshhLh III 330 ?? ????? ，由于 00??shI ，顯然 hhhLh II 33 ?? ??? ，即并聯(lián)變流器對于負載諧波電流而言具有零阻抗，并 聯(lián)變流器完全抑制了負載的諧波電流。 實際的控制效果并不可能完全消除諧波的 15 影響，但相對基波成分而言，由諧波成分引起的諧波功率分量可以忽略不計，因此諧波頻率下 UPQC 的工作特性研究是很簡單的，它主要用來分析變流器的視在功率和 kVA 容量。 統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方案 對于統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)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(zhì)量調(diào)節(jié)器有如此兩類基本的控制方案。如圖 ，檢測電網(wǎng)電壓的畸變和基波偏差，作為電壓指令，對串聯(lián)變流器進行控制，使得串聯(lián)變流器通過串聯(lián)變壓器輸出一個與電網(wǎng)電壓畸變和基波偏差相抵消的補償電壓，從而保證負載電壓是一個額定的正弦電壓。采用間接控制策略，需要檢測電網(wǎng)電壓及負載電流的擾動畸變等信息，由于是通過消除擾動來獲得補償效果，因此從電網(wǎng)端看，對于負載電壓的調(diào)節(jié)和輸入功率因數(shù)的校正是間接的。 直接控制方案 【 21】－【 25】 如圖 所示，直接控制方案指串聯(lián)變流器受控為正弦電流源，而并聯(lián)變流器受控為正弦電壓源。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(wǎng)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(wǎng)的諧波電壓被阻斷而不影響負載端電壓。采用直接控制策略，還有一個好處就是在電網(wǎng)掉電或恢復(fù)供電時，不存在工作模式的切換，因為并聯(lián)變流器始終受控為正弦電壓源。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。因此 ，本章首先建立了串聯(lián)變流器的不同坐標系下的數(shù)學模型。詳細分析串聯(lián)變換器 matlab 仿真模型的建立的方法。 串聯(lián)變流器的數(shù)學模型 【 26】－【 35】 為實現(xiàn)對串 聯(lián)變流器的預(yù)期控制，首先要建立串聯(lián)變流器的數(shù)學模型。 為建立串聯(lián)變流器的模型，假設(shè)：三相全橋電路中各開關(guān)器件為理想的開關(guān)器件 。串聯(lián)變壓器視為理想的變壓器，忽略漏感，因此交流電網(wǎng)與負載電壓間的電壓差可以線性的折算到串聯(lián)變壓器的付方，也即作為串聯(lián)變流器的輸入。 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(shù)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(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)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。 根據(jù) PARK變換的定義，并遵循變換前后功率不 變的原則，可以得到從 ABC 坐標系變換到 dqo 坐標系的變換矩陣 0dqABCT ? 如下： ?????????????????????????212121)32s i n ()32s i n (s i n)32c o s ()32c o s (c o s320??????????dqABCT （ 323） 21 其反變換矩陣 ABCdqT ?0 為： ???????????????????????????21)32s i n ()32c o s (21)32s i n ()32c o s (21s i nc o s320??????????ABCdqT （ 324） 圖 表明了兩相空間旋轉(zhuǎn) dqo坐標系與三相 ABC坐標系之間的關(guān)系，其中 wt?? ，為 d 軸與 A 軸之間的夾角。在以后的論述中，如果沒有特殊標注與說明， qd, 軸都按照如圖 32 所示的定義。 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 ? 。 現(xiàn)假設(shè)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。 圖 給出了解耦后的串聯(lián)變流器輸入電流控制系統(tǒng)。 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 ?？刂葡到y(tǒng)中 引入解耦電壓反饋和輸入電壓前饋，可以消除它們對系統(tǒng)的擾動影響。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(yīng)等于直流側(cè)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(cè)負載電流。一般在設(shè)計電流調(diào)節(jié)器參數(shù)時， 認為直流電壓的變化對交流電流無影響，或者說相對于電流變化而言直流電壓變化比較慢，可以認為在電流的動態(tài)變化過程中直流電壓基本不變?；鶊D 系統(tǒng)解耦后傳遞函數(shù)框圖 26 于以上認定，三相串聯(lián)變流器系統(tǒng)經(jīng)交叉解耦后可 d軸和 q軸成為兩個獨立的單閉環(huán)系統(tǒng)，因此 d、 q軸可以分別獨立設(shè)計控制器。 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)對象為 sys4，有11 1RkR ?， 111 RLTL ?。系統(tǒng)的設(shè)計方法是將調(diào)節(jié)器中的零點與對象中的主導(dǎo)極點11LTS ??對消，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)。 由圖 ，可以得到系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) )(sG 及輸出動態(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。 （ 2） 對于電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ，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)器對于直流電壓控制的穩(wěn)態(tài)精度、響應(yīng)時間的要求不是太高，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)時間比電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時間快 3～ 5 倍。 在設(shè)計調(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)計方法，但它們不是唯一的。需要指出的是調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定是一個多次反復(fù)調(diào)試的過程，任何一 種方法都只能起指導(dǎo)作用。 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的兩個變流器要么作為電流源控制，要么作為電壓源