Intelligent Controller for UPQC Using Combined Neural Network

The Unified Power Quality Conditioner (UPQC) plays an important role in the constrained delivery of electrical power from the source to an isolated pool of load or from a source to the grid. The proposed system can compensate voltage sag/swell, reactive power compensation and harmonics in the linear and nonlinear loads. In this work, the off line drained data from conventional fuzzy logic controller. A novel control system with a Combined Neural Network (CNN) is used instead of the traditionally four fuzzy logic controllers. The performance of combined neural network controller compared with Proportional Integral (PI) controller and Fuzzy Logic Controller (FLC). The system performance is also verified experimentally.

基于五桥臂MMC-UPQC的复合模型预测控制研究

针对模块化多电平统一电能质量调节器(modular multilevel unified power quality conditioner, MMC-UPQC)六桥臂结构下的单相桥臂故障问题,提出了一种五桥臂拓扑,这种新型拓扑可实现故障情况下的电能质量补偿。首先,对MMC-UPQC串并联侧的数学模型进行分析,提出了一种复合模型预测控制(hybrid model predictive control,H-MPC),所提控制方法结合了有限集模型预测控制(finite-control-set model predictive control, FCS-MPC)以及快速模型预测控制(fast model predictive control, F-MPC)。然后,通过构建两侧独立的价值函数减少了控制方法的计算量,同时也实现了五桥臂解耦控制。最后,相比传统线性(例如PI)和非线性(例如无源控制passivity-based control,PBC)的控制策略,所提复合模型预测控制在电压补偿、负序电压抑制以及谐波电流补偿等方面具有一定优势,并在一定程度上避免了复杂的参数整定及坐标变化环节。仿真实验结果证明了所提控制方法的可行性和优越性。

UPQC直流储能单元的APFC控制技术

统一电能质量控制器(UPQC)是用户电力技术中的新兴装置,它能统一实现多重电能质量调节功能。系统地介绍了UPQC的综合补偿功能,并给出了一种典型的UPQC拓扑结构。为了进一步提高UPQC的性能,将有源功率因数校正(APFC)技术引入UPQC直流储能单元的直流电容电压控制,详细阐述了其工作原理,并给出了仿真实验结果。APFC技术用于UPQC的直流储能单元中是完全可行的,它使UPQC的性能更完善。

UPQC切换运行模式的小信号分析及协调控制策略

针对统一电能质量调节器(UPQC)切换运行模式时引起的小扰动稳定性及动态交互影响问题,建立了包括串、并联变流器控制在内的小信号模型,对比分析了串、并联变流器独立运行以及联合运行时的稳定性及动态性能,并以特征根灵敏度的方法研究了控制参数、负荷等因素与UPQC运行模式切换时的小扰动稳定性的关联机理。该结论可为UPQC的参数设计提供部分参考依据,其后提出了可减少串并联变流器与电网之间能量交换、提高串联变流器利用率的新型功率流协调控制策略。时域仿真证实了相关结论的有效性及协调控制策略的可行性。

基于EL模型的NPC-UPQC混合无源控制方法

在传统两电平统一电能质量调节器的基础上,采用三电平二极管箝位型逆变器代替三相桥式逆变器,构成二极管箝位型统一电能质量调节器的主电路。针对基于瞬时无功功率理论的二极管箝位型统一电能质量调节器补偿量检测方法中使用锁相环所带来的误差,提出无锁相环的基于电网工频时钟的dq0检测法,对电压和电流畸变分量分别进行实时检测。为提高二极管箝位型统一电能质量调节器的控制性能,建立并分析了二极管箝位型统一电能质量调节器的欧拉-拉格朗日模型,基于该模型与二极管箝位型统一电能质量调节器的无源性,设计了混合无源控制器。利用提出的补偿量检测方法和混合无源控制器,可有效补偿电压或电流,使负载电压或电源电流为近似正弦波。利用Matlab/Simulink软件搭建二极管箝位型统一电能质量调节器的仿真模型,对二极管箝位型统一电能质量调节器的补偿性能进行了仿真研究,并对实验结果进行了分析。仿真结果验证了本文提出的检测方法及混合无源控制策略的有效性。

三相四线UPQC直流侧电容电压波动机理及抑制方法

当三相四线统一电能质量调节器(UPQC)工作于不平衡及非线性条件下时,直流侧电容电压波动不可避免,将直接影响串、并联补偿器的正常变换,进而影响UPQC的补偿性能。文中详细分析了这种波动不可避免的原因,提出了直流电压调节系数的概念,推导出其表达式,分析了利用其消除电容电压波动影响的原理,并将其作为抑制直流侧电压波动的措施应用于带负载电压前馈的并联侧直接电流控制策略和串联侧双闭环控制策略。实验结果表明,采用这种方法可以抑制直流侧电容电压波动对串、并联补偿器的影响,与未加入此种抑制措施的控制策略相比,UPQC的补偿性能得到了提高,表明了这种措施的有效性。

UPQC直流储能单元的电压控制

将有源功率因数校正技术引入UPQC直流储能单元的电压控制。详细阐述了其工作原理,给出了电压控制器和电流控制器的数字控制方法,消除了充电电流中的谐波和无功电流,储能单元电压稳定,能够应对输入电压变化的工况,动态性能良好。

UPQC在电动汽车充电站电能质量治理中的应用

电动汽车充电会带来诸如电压波动、谐波增多、三相不平衡加剧等一系列电能质量问题。提出了统一电能质量调节器(UPQC)应用方案,在UPQC建模分析基础上,基于两相静止坐标系推导设计了电压控制单元双PI闭环控制器和电流控制单元带状态反馈单闭环PI控制器,并推导出PI参数整定依据;为给样机设计提供理论参考,基于数学模型,推导出UPQC各模块参数设计依据,并设计与研制了1台20 kW容量的UPQC样机进行了实验研究。实测波形表明:UPQC的应用可改善电动汽车充电设备的电能质量。

无隔离环节三相UPQC的故障限流保护的仿真研究

用户与供电公司都对电能质量水平提出了较高的要求。统一电能质量控制器(UPQC)正是由于兼有电压补偿和电流补偿的功能,越来越受到人们的重视。而无隔离环节的三相统一电能质量控制器,由于无需变压器等隔离环节,因而环节少、成本低,且克服了隔离变压器带来的一系列问题。在以前研究成果的基础上,针对负载侧短路时引起的过流问题,进行了研究,提出了相应的控制策略,从而限制了故障电流。最后通过PSCAD/EMTDC软件进行了仿真研究并取得仿真结果。

不同分布式能源规划利用方式下的典型UPQC分析

文章从分布式能源规划利用角度对统一电能质量控制器(UPQC)进行分类,按照分布式能源利用方式不同将UPQC分为微网统一电能质量控制器和主动配电网中的统一电能质量控制器两类,并分析了基于超级电容器的微网UPQC和属于主动配电网技术的经济实用型UPQC、基于模块化多电平换流器(MMC)的UPQC三种典型装置的特点,适用场合及工作原理。

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。

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。

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。

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。

统一电能质量调节器的谐波检测与补偿策略研究

统一电能质量调节器(UPQC)将串联有源滤波器和并联有源滤波器结合起来,能够同时从整体上补偿系统电流和电压,具备综合的电能质量调节功能。采用dq0谐波检测法作为UPQC的检测方法,并采用空间电压矢量SVPWM作为UPQC串联侧补偿方法,在并联侧引入自抗扰控制器ADRC,将负载电流和电网电压等系统内外部模型不确定性统一视为控制器的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,利用非线性反馈控制律进行补偿。此法不需要精确地测量谐波,并且能很好地适应对于不同的负荷。最后在MATLAB的Simulink软件平台上进行仿真实验,结果表明了本文所采用的检测和补偿方法的正确性和有效性。

三相四线统一电能质量调节器的控制策略

针对电网输入电压的不平衡、非正弦及负载的不平衡、非线性特性,提出了一种基于三相静止坐标系下的三相四线统一电能质量调节器(UPQC)的协调控制策略。该策略将UPQC的串联变流器控制为基波正弦电流源,而并联变流器控制为基波正弦电压源,从而实现了三相四线UPQC对电能质量的综合控制能力,既改善了电网侧的电能质量问题,实现了电网输入电流的正弦及单位输入功率因数,也改善了负载侧的电能质量问题,实现了负载电压的平衡、额定及正弦。10kVA系统实验装置的实验结果表明了该控制策略的有效性。

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。

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。

采用模块化多电平换流器的统一电能质量控制器预充电控制

基于模块化多电平换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)是一种可应用于中、高压配电网的电能质量综合治理装置。在保证设备安全情况下完成装置的预充电过程是装置正常工作的前提,文中对预充电过程3个阶段(不控整流阶段、串联部分子模块电压提升阶段以及可控整流阶段)进行了数学建模与分析,认为在不控整流阶段,各相桥臂子模块中与子模块直流电容并联的反并联二极管将耐受最大冲击电流;在串联部分子模块电压提升阶段,限流电阻仍是限制冲击电流的主导因素,且该阶段所能产生的冲击电流要小于不控整流阶段。由此提出了MMC-UPQC的预充电控制策略,并通过数字仿真和低压物理样机对所提策略的有效性和可行性进行了验证。