自抗扰控制器在单相统一电能质量调节器中的应用

本文介绍了单相统一电能质量调节器(Single-Phase Unified Power Quality Conditioner,SPUPQC)的工作原理和数学模型。在介绍自抗扰控制器的结构和工作原理的基础上,针对SPUPQC设计了自抗扰控制系统。自抗扰控制器的设计不需要精确的SPUPQC参数和数学模型,将电网电压和负载电流视为系统的未知干扰,用扩张状态观测器对未知扰动进行观测,然后利用非线性反馈控制律进行补偿。仿真结果证明了该控制器设计的可靠性与有效性。

基于特征次谐波补偿的单相统一电能质量调节器并联变换器控制策略

单相统一电能质量调节器(UPQC)并联侧和串联侧变换器之间存在脉动的功率差,脉动的功率在直流电容上产生低频电压纹波并影响变换器的补偿效果。该文分析单相UPQC中并联侧变换器直流母线低频纹波产生的原因以及对补偿效果的影响。为了抑制对补偿电流的影响,在电压外环加入陷波器减少电压纹波产生谐波参考电流,在电流内环引入网侧电流特征次谐波补偿,进一步抑制电压纹波对调制信号的影响。仿真和实验验证了对低频纹波分析的正确性,以及所提控制策略抑制直流纹波影响的可行性和有效性。

一种新型的单相统一电能质量调节器

介绍了电能质量问题的分类以及相应的电能质量调节装置,简单说明了统一电能质量调节器拓扑结构和功能。在此基础上提出了一种新型的单相统一电能质量调节器的结构,该结构采用直流单元多组电容并联的方法来进行系统和装置间的隔离以取代传统的变压器隔离的方法。分析了这种结构的直流储能单元参数的设计和基本的控制方法,给出了该装置确定串联参考电压和并联参考电流的方法。最后给出了基于该拓扑的统一电能质量调节器的仿真结果,很好地证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。

单相统一电能质量调节器的H_∞控制策略研究

基于H∞控制理论,对单相统一电能质量调节器的优化控制问题进行了研究。根据三桥臂单相统一电能质量调节器的拓扑结构,建立系统的周期平均模型,并在平衡流形领域对原模型进行状态重构。针对重构后的系统模型,采用线性矩阵不等式的鲁棒控制处理方法,设计了单相统一电能质量调节器的最优H∞输出动态反馈控制器。仿真结果验证了该控制器不仅有良好的动态响应和补偿效果,而且对负载变化有较强的鲁棒性。

三单相统一电能质量调节器的研制

由于中性线的存在,在电压和电流不平衡的情况下,因三相结构自身的一些缺点,无法很好地完成补偿。针对该情况,设计了基于三单相结构的统一电能质量调节器,以对电网各相电压、电流进行独立补偿。详细介绍了系统拓扑结构和控制策略。试验结果表明,该系统响应速度快,对谐波电流和电压跌落具有很好的补偿能力。

单相统一电能质量调节器二次纹波补偿及抑制策略

在单相半桥非隔离统一电能质量调节器(UPQC)中,交、直流间瞬时功率不平衡导致直流侧出现二次电压纹波,影响电能质量的补偿效果。该文分别在UPQC并网、离网两种模式下提出二次纹波的补偿及抑制策略。首先,分析UPQC在并网运行条件下直流二次纹波的产生机理及其对电能质量补偿的影响,并提出分别在并、串联侧变换器加入陷波器及特征次谐波控制,以降低网侧电流及串联侧电压谐波。其次,在UPQC离网运行时,为有效抑制直流电压二次纹波,提出一种利用UPQC闲置的串联侧变换器与复用的直流分裂电容构建半桥有源功率解耦电路的方法,控制难度低且无需额外增加解耦电路元件。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。在并网模式中,所提策略减少了74%的电流谐波及42%的电压谐波;在离网模式中,所提策略减少了66.7%直流电压二次纹波。同时,该文所提出的二次纹波的补偿及抑制策略,可优化直流电容参数设计,并进一步减小UPQC体积。

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。

新型站用统一电能质量调节器及控制策略

提出了一种改善变电站电能质量装置站用统一电能质量调节器(UPQC)结构及其控制策略,所提UPQC可接入三相三线或三相四线系统中并实现串并联电能质量调节。给出了UPQC内部串联及并联有源电力滤波器(APF)直接补偿控制策略,其中串联APF控制为基波正弦电流源,并联APF控制为基波正弦电压源。所提控制策略无需检测电压和电流补偿量,有效降低了系统控制复杂度。最后通过系统仿真及样机实验验证分析了所提站用UPQC及控制策略对不平衡负载、非线性负载等工况下的电能质量提升的有效性。

基于串/并联APF的统一电能质量调节器

提出了一种新型统一电能质量调节器(UPQC)结构及其控制策略,所提的UPQC可接入三相三线或三相四线配电网系统中并实现串/并联的电能质量调节。给出了UPQC内部串联及并联有源电力滤波器(APF)直接补偿控制策略,其中串联APF控制为基波正弦电流源,并联APF控制为基波正弦电压源,所提控制策略无需检测电压和电流补偿量,有效降低了系统控制的复杂度。最后通过系统仿真及样机实验验证了所提新型UPQC及控制策略对不平衡负载、非线性负载等工况下的电能质量提升的有效性。

PV-BESS集成统一电能质量调节器协调控制策略研究

统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)虽可以很好地实现多重电能质量的综合控制,但UPQC中串联和并联补偿器额定功率难以同时优化,并且在电网电压暂降时会存在系统补偿性能差的问题。为此,提出了一种光伏和电池储能系统(Photovoltaic-Battery Energy Storage System,PV-BESS)集成UPQC的拓扑结构,在UPQC串联侧耦合外部电容器,直流侧增加PV-BESS。在此基础上,提出了UPQC工作在无功功率补偿模式(Reactive Power Compensation,RPC)和电压波动补偿模式(Voltage Fluctuation Compensation,VC)下的协调控制策略,串联侧的耦合电容器在两种模式下共享UPQC所需的部分无功功率,降低了UPQC串联和并联补偿器的额定功率。研究了UPQC各单元的控制策略,保证了对负载的不间断供电,提高了严重电压暂降时系统的稳定性和补偿性能。在MATLAB/Simulink平台搭建了PV-BESS-UPQC协调控制模型,通过仿真验证了所提出的拓扑和协调控制策略的有效性。

具有光伏并网发电功能的统一电能质量调节器仿真

统一电能质量调节器因直流侧没有储能设备通常不能对负载进行电力中断补偿,且太阳光的日夜交替变化导致光伏并网发电装置只能间歇工作,这将影响设备的利用效率和电力系统正常运行。针对此不足,提出一种新的统一电能质量调节器结构和控制策略,该系统可同时实现电能质量综合治理、光伏并网发电以及电力中断补偿。详细分析了该系统的工作原理和控制策略,并利用Matlab/Simulink对系统进行仿真,验证了所提系统结构及控制策略的可行性。

基于超级电容器储能的微网统一电能质量调节器

提出了一种新型的由超级电容器储能模块、光伏阵列、升降压DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、并联逆变器和能量管理系统组成的微网统一电能质量调节器,分析了主电路的基本结构,提出了调节器在并网状态下针对不同电能质量问题控制指令的生成,以及超级电容器和逆变器的连接模块、光伏电池对超级电容器充电模块的设计。仿真结果表明,所提出的统一电能质量调节器可以充分利用光伏电池发出的多余能量,通过超级电容器的快速响应能力,对微网中的多种电能质量问题进行有效治理。

用于故障限流与电能补偿的多换流器式统一电能质量调节器

介绍了由一个并联电压源换流器(shunt-VSC)和两个串联电压源换流器(series-VSC)组成的多换流器式统一电能质量调节器(Multiconverter-Unified Power Quality Conditioner),用于连接两条具有不同负载特性的配电线路,三个换流器共用一组电容,采用背靠背方式,实现动态电压恢复、有源滤波、故障限流等功能,提高供电质量和可靠性。采用series-VSC串接限流电感的方法限制故障电流,不消耗有功功率。对功率在不同换流器之间的流动情况进行分析和说明。仿真结果表明,MC-UPQC可有效治理电压、电流谐波污染,同时降低网络故障电流水平,易于不同网络互连。

电能质量控制中心与统一电能质量调节器的研究

现代社会的迅猛发展对电能质量提出了更高要求,电能质量问题的研究成为相关领域研究的热点。在对日本学者提出的FRIENDS(Flexible,ReliableandIntelligentElectricaleNergyDeliverySystem)供电新技术中的电能质量控制中心QCC(QualityControlCenter)进行深入研究的基础上进一步扩展了QCC的功能,明确了它的基本类型和结构。同时还对QCC中的关键部件统一电能质量调节器UPQC(UnifiedPowerQualityConditioner)进行了深入研究,明确了它的多重电能质量调节功能,给出了一种典型的UPQC拓扑电路,并利用H∞控制技术实现了其综合的电压、电流波形跟踪补偿,给出了满意的仿真结果。

统一电能质量调节器的实验研究

统一电能质量调节器 ( UPQC)是结合串联有源滤波器和并联有源滤波器的一种新型谐波和无功补偿装置。文中分析了它的系统结构和工作原理 ,并根据提出的检测控制方法研制了一台实验样机 ,进行了实验研究。实验结果表明 ,样机不仅可以补偿非线性负载产生的无功电流和谐波电流 。

统一电能质量调节器同步无差拍控制方法研究

提出一种新的UPQC控制方法,把UPQC串联侧和并联侧逆变器作为一个整体,对串联侧和并联侧同时进行参考值计算和开关器件控制,使电压补偿和电流补偿同步协调工作。为易于数字化实现并弥补大量计算所带来的延时,采用无差拍控制结合SVM方法来控制电力电子器件开关跟踪参数值。为减少传感器数量,设计一个降维观测器来估计状态。该文还对该方法的鲁棒性进行了探讨。分析和仿真证实了该方法的有效性和可行性。

统一电能质量调节器的研究

分析了由串联和并联有源电力滤波器联合构成的统一电能质量调节器的电路结构 ,阐明了各组成部分的工作分工和原理。提出一种电网电压正序分量的近似计算及实现方法。介绍了以电流比较跟踪和以空间矢量调制方法实现的并联和串联有源滤波器的控制方法 。

统一电能质量调节器串联变流器多频级联无源控制研究

统一电能质量调节器的串联变流器数学模型是高阶模型,为了在频域中提高高阶控制系统的动静态性能,提出一种多频级联无源控制策略。首先,采用傅里叶变换技术对其交流数学模型进行频谱分解及多频直流建模,然后在被指定的频率模型上将系统降阶成级联的低阶模型;针对此级联低阶模型进行了一种新型无源控制器设计,理论分析表明所提的控制器不仅在频域上实现了对串联变流器的灵活控制,而且在无法获知控制对象精确模型时也实现了零稳态误差控制,有效克服了传统无源控制器控制性能依赖控制对象模型精度的缺点。最后,进行实验验证,实验结果表明所提的控制策略是可行的。

模型预测控制在统一电能质量调节器中的应用

提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)以改善电网电能质量。介绍了UPQC的基本原理、结构,并对其进行建模得到其状态空间模型,以这个模型为基础,将MPC控制算法应用到UPQC系统中,设计了MPC控制器。仿真结果表明,基于MPC的UPQC能够有效补偿谐波、抑制干扰。

基于简化p-q-r理论的统一电能质量调节器控制策略

阐述了p-q-r瞬时功率理论的原理,提出一种特殊情况下的简化p-q-r理论,基于这一理论,提出一种统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)的综合控制策略,此策略综合了通常的直接控制策略和间接控制策略的特点。重点介绍了补偿电流及补偿电压的计算方法,详细分析了控制策略的原理,推导出p-q-r坐标下的相关运算公式,给出了在该坐标轴上的详细控制框图。仿真结果显示,将采用这种控制策略的UPQC用于补偿三相四线非线性及不平衡系统,可以实现对负载谐波、无功及中线电流较好的补偿,使负载获得额定端电压,同时提高电源侧功率因数,表明这种控制策略是可行、有效的。