一种无隔离环节的三相统一电能质量控制器

提出了一种新型三相统一电能质量控制器(UPQC)的拓扑结构及其相应控制策略。与传统UPQC相比,它特殊的拓扑设计本身就可避免交流短路和直流电容直通故障,因而无需引入变压器等隔离环节,且仍可保证串并联单元之间的能量流动。基于这种拓扑结构,文中又详细阐述其串并联单元相应的控制策略,使之能够实现传统三相UPQC的各项功能。最后给出PSCAD／EMTDC软件的仿真结果,验证了所提出的拓扑和控制策略的有效性。

一种串联侧三相解耦型统一电能质量控制器

传统模块化多电平变换器统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的串联部分采用单变换器和三个单相耦合变压器,三个单相耦合变压器在变换器侧成星形联结。该结构使UPQC装置的无法补偿包含有零序分量的电压暂升/暂降。为此提出了拓扑结构改良的MMC-UPQC以改善UPQC的电压暂升/暂降能力。新拓扑MMC-UPQC串联部分采用等效串联的双变换器和三个单相耦合变压器,三个变压器在变换器侧无直接联结,串联部分实现了串联侧的三相解耦。文中分析了新拓扑MMC-UPQC改善电压暂升/暂降补偿能力和提高系统安全性、可靠性的原理。通过仿真研究,验证了新拓扑结构MMC-UPQC的正确性。与传统MMC-UPQC相比,新拓扑结构MMC-UPQC可补偿同时包含正序、负序和零序分量的电压暂升/暂降,并从减小串联变换器交流电流、降低公共直流侧电压和变换器级的冗余运行三方面可提高系统的安全性和可靠性。所提出的新拓扑结构MMC-UPQC适用于大功率应用场合。

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器直流侧电压灵活调节与波动抑制技术

非隔离型单相三桥臂统一电能质量控制器(UPQC)可以实现交流电压调节和并网点无功治理等功能,但传统控制方法直流侧母线电压高、二倍频波动大,既给设备带来巨大的电容成本,又影响设备的安全可靠运行。为了解决这些问题,该文详细分析了不同工况下直流侧电压的约束范围,推导了直流电压波动随并网点和负载功率因数、串联电压补偿相位、参考直流电压等复杂因素的关联性,并提出一种直流电压灵活降低与主动波动抑制控制方法。相比于传统控制,应用所提方法母线电压可降低至相电压峰值附近,二倍频电压波动可降低约80%。最后,实验验证了所提三桥臂UPQC直流电压控制技术的正确性。

基于自适应滤波的单相统一电能质量控制器研究

在分析单相统一电能质量控制器(unified power quality conditioner,UPQC)瞬时功率平衡关系的基础上,提出一种基于自适应滤波电流检测的UPQC双电流源协调控制策略。鉴于电流检测精度对双电流源控制策略补偿性能的影响,在保留变步长自适应算法快速性的前提下,提出一种提高电流检测精度的定频率滤波器改进算法。针对双电流源UPQC的控制器设计,采用比例控制和重复控制构成复合控制实现了串、并联有源电力滤波器的电流跟踪控制;从UPQC整体出发建立直流电压闭环控制的小信号模型,为直流电压环的控制器参数设计提供理论指导。研究结果表明,基于该控制策略和控制器设计方案的UPQC系统实现了较好的负载电压和电网电流补偿效果。

以牵引变电站灵活补偿为目标的铁道统一电能质量控制器容量综合配置

首先提出采用铁道统一电能质量控制器(railway unified power quality controller,RUPQC)实现牵引变电站综合补偿的充要条件;然后在建立牵引负荷标幺化模型的基础上,分别以实现完全补偿和灵活补偿为目标,提出了结合固定补偿装置的RUPQC容量综合配置方法。数值分析表明,采用该配置方法并结合灵活最优控制策略,RUPQC可在全负荷范围内满足灵活补偿的目标,不但显著降低了装置的工程造价,而且在任意负荷条件下均能实现对装置补偿容量的最优利用。

统一电能质量控制器及其控制信号检测方法探讨

明确提出了统一电能质量控制器所应具有的多重电能质量控制功能及其工作原理，并对目前几种典型的电压、电流补偿信号检测方法进行了分析比较，提出了用于统一电能质量控制器的电压、电流直接检测新方法。该直接检测新方法计算更简单，可进一步提高检测速度。同时，还给出了计算正弦电压幅值的瞬时计算实用公式。

基于模块化结构的电气化铁路统一电能质量控制器

提出了2种基于模块化结构的铁道统一电能质量控制器主电路拓扑,2种拓扑交流侧均采用链式结构,具有良好的谐波特性。针对链式结构变流器存在的直流电压平衡问题,建立了所述拓扑中电容电压的数学模型,并对现有各种直流电压平衡控制策略的优缺点及存在有功功率双向流动的背靠背变流器的适用性进行了分析。结果表明,电容电压中的直流分量分别与吸收和发出有功功率侧变流器的调制比成正相关和反相关的关系。最后,给出了铁道统一电能质量控制器装置级控制策略,并通过仿真实例证明了所述拓扑和控制策略的正确性。

多换流器式统一电能质量控制器的多目标控制策略

研究多换流器式统一电能质量控制器(MC-UPQC)的动态电压恢复、故障限流和有源滤波等多目标控制策略。其中前2种目标由串联换流器实现,并联换流器进行有源滤波。给出了不同工况下MC-UPQC的换流器配置原则。对串联换流器的故障限流与动态电压恢复的联合控制策略进行了详细分析,同时给出装置器件参数选择的依据。通过MATLAB/Simulink软件对系统控制策略进行仿真验证,证明MC-UPQC多目标控制策略的正确性和可行性。对装置的工程应用问题进行分析和说明,给出主要元器件在选择上应注意的问题:切换开关选用附加冷却装置的固态断路器,换流器连接的配电线路的电压等级应尽可能相同。

一种三相四线统一电能质量调节器的零稳态误差控制策略

对三相四线统一电能质量调节器(UPQC),当电源电压和负载电流不平衡或存在畸变时,常规p-q-r轴上的比例-积分(PI)调节器无法获得零稳态误差。为解决这个问题,提出了一种在p-q-r轴上的交流等效PI调节器,详细分析了利用它获得零稳态误差的原理,提出了常规PI调节器加交流等效PI调节器的控制策略,推导出了在改进p-q-r坐标上的控制方程,给出了系统的控制框图。实验结果表明,采用的控制方法较好地实现了UPQC的补偿性能。通过比较发现,对于同样的双闭环控制策略,采用了交流等效PI调节器的UPQC的补偿性能好于未采用时的补偿性能,证明了交流等效PI调节器对减小UPQC的稳态误差是有效的。

统一电能质量控制器的建模与仿真

统一电能质量控制器可同时补偿电网畸变电压和抑制负载谐波电流。为此,构造了一种基于反向传播算法的三层前馈神经网络用来检测并联型有源电力滤波器的谐波电流,离线训练收敛后实现在线功能,对串联型有源电力滤波器谐波电压检测采用了畸变电压参考量比较检测方法;建立了统一电能质量控制器的系统仿真模型,利用其对各种电能质量问题的补偿性能进行了仿真研究,并对补偿前后负载和电源电流/电压进行了频谱分析。研究结果表明,统一电能质量控制器集电压补偿、电流补偿于一体,可有效实现多重电能质量调节功能。

统一电能质量控制器并联侧的改进双滞环电流控制策略研究

为提高统一电能质量控制器的电流控制策略水平,提出了一种基于最优电压空间矢量的有源电力滤波器双滞环电流控制方法。该方法先利用常规双滞环控制法,以参考电压矢量的空间分布和误差电流矢量的越界情况及所在区域为依据,给出最佳电压矢量输出,以快速控制相间误差电流。虽然该方法能保证了系统暂态过程中的响应速度,也显著降低了开关频率,但误差电流在内环时逆变器不动作导致统一电能质量控制器的补偿精确度有所降低。针对此问题,将自抗扰控制方法引入误差电流内环控制上,它将内环时系统内部模型的不确定性与系统的外部不确定性统一视为系统的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,最后利用混沌粒子群优化算法对各个参数进行优化。该方法不需要精确地测量谐波,并且对于不同的典型负载、负荷侧电流大小和相位的变化都有很强的适应性,Matlab软件仿真和采用DSP硬件实验结果验证了所提出的电流控制方法的动静态性能和鲁棒性良好。

基于模块化多电平换流器拓扑的新型中压统一电能质量控制器

讨论了一种新型拓扑结构的统一电能质量控制器(unified power quality controller,UPQC),利用模块化多电平换流器(modular multilevel convener,MMC)作为UPQC的串、并联部分,公共直流母线端无需并联电容且提高了UPQC的应用电压等级。介绍了MMC型UPQC的主电路、MMC子模块拓扑机制及相应的工作原理,提出了基于dq坐标变换法的UPQC检测及控制算法,并联侧采用外环定直流电压、内环电流解耦控制,串联侧采用带有反馈的开环电压控制,并通过PSCAD/EMTDC仿真软件实现了其对电压暂降、暂升,电流谐波、无功、负序的补偿功能。

配网统一电能质量控制器直流电容的容量计算与分析

子模块的直流电容是影响MMC-UPQC装置的成本和体积的重要因素之一,直流电容容量选择过大会影响MMC-UPQC在配网应用中的实用性。为减小直流电容容量,提出在MMC-UPQC装置补偿配网馈线电压暂降时MMC-UPQC的并联变换器吸收适量有功功率的控制策略。分析了采用不同电压暂降补偿策略的MMC-UPQC子模块直流电容容量选择方法,指出所提电压暂降补偿策略为较优策略,并通过仿真研究验证了该电压暂降补偿策略的正确性。MMC-UPQC装置采用该电压暂降补偿策略可减小直流电容容量,从而减少MMC-UPQC装置成本和体积,提高MMC-UPQC配网应用的实用性。

基于小波变换的统一电能质量控制器检测方法研究

本文提出了一种基于小波变换的用于统一电能质量控制器 ( UPQC)的检测方法 ,该方法对系统中的电压暂态扰动及电流稳态谐波的检测与现存的其他检测方法相比具有快速、准确的特点 ,满足 UPQC对系统进行实时补偿的要求 ,并且通过电压暂态扰动及电流稳态谐波检测的数字仿真 ,验证了这种方法的实用性和有效性。

一种动态调节电压暂降补偿深度的统一电能质量控制器

传统模块化多电平变换器统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的串联变压器采用固定变比结构,该结构导致UPQC装置电压暂降补偿深度最大值为固定值,在馈线负荷未达到额定容量时串联变换器不能输出额定容量来补偿电压暂降。为充分利用串联变换器的容量补偿电压暂降,提出了新结构的MMC-UPQC以提高电压暂降补偿深度。分析了传统及新结构MMC-UPQC的电压暂降补偿能力,并通过仿真研究验证了新结构MMC-UPQC的正确性。与传统MMC-UPQC相比,新结构MMC-UPQC在保持装置容量不变的前提下,可分段动态调节电压暂降补偿深度,增大各段馈线负荷容量范围下MMC-UPQC装置的电压暂降能力。

通用电能质量控制器的数字化统一控制系统

文章介绍了通用电能质量控制器的一种统一控制系统及其基于DSP的数字化实现。首先简介采用双变流器结构的通用电能质量控制器的结构和基本原理,提出对其串联变流器和并联变流器进行统一控制的方法,以及对实现控制系统的要求,据此确定控制系统硬件结构,随后介绍硬件配置的特点和软件的具体实现,最后给出了实验波形。实验表明,该控制系统满足通用电能质量控制器的实时控制要求,通用电能质量控制器的控制性能良好。

统一电能质量控制器容量优化设计及控制

为实现统一电能质量控制器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)容量在串并联单元之间的合理分配,提高UPQC补偿效率,给出了一种UPQC容量优化设计及控制方法。利用矢量图方法分析了UPQC稳态运行特性,建立了UPQC容量与电源电压暂降/骤升幅度、负载容量、负载功率因数和负载电压变化相角之间的关系模型,将其作为UPQC串并联单元容量选择的依据。根据补偿后负载电压相角可控的特点,采用神经网络对负载电压相角进行优化估计,降低UPQC实时补偿功率。仿真结果证明,所提方法能有效减小UPQC设计容量,优化动态补偿效果。

储能式统一电能质量控制器负载电压全补偿容量配置策略

常规储能式统一电能质量控制器(UPQC)的补偿策略,为了实现串、并单元的功率协调分配,可能出现补偿前后负载电压相位跳变问题,对相位跳变敏感负荷有影响。为此,文中对储能式UPQC提出了一种负载电压幅值和相位全补偿容量配置策略。该策略在实现负载电压完全补偿的前提下,利用储能单元能够提供有功功率的特点,通过选择合适的并联补偿电流并使其幅值保持恒定,减小补偿后的电源电流幅值,从而使串联单元保持较低的补偿容量,减小了UPQC的串联单元容量的配置。仿真及低压小功率样机实验结果表明,所提策略可以实现负载电压的完全补偿,并减小了UPQC的串联单元补偿容量。

统一电能质量控制器的研究

讨论了一种统一电能质量控制器的拓扑结构,介绍了它的工作原理、补偿指令的产生方法和控制策略。其中串联有源电力滤波器被控制为电压源,并联有源电力滤波器被控制为电流源,使得负载电压为正弦电压,电网输入电流为正弦电流。在理论分析的基础上,应用MATLAB6.5软件对三相三线系统进行了仿真研究,结果表明统一电能质量控制器可有效地补偿电网侧和负载侧产生的多种电能质量问题。

统一电能质量控制器的非线性控制策略研究

建立了UPQC串、并联侧的数学模型,并利用状态反馈精确线性化方法将其解耦成线性系统。在此基础上,结合变结构控制理论,设计了反馈控制器。运用MABLAB软件,对设计的控制器进行仿真研究。结果表明,加装该控制器后可以更有效的对串、并联侧电压、电流进行补偿。