电压型统一电能调节器(UPQC)的理论研究

摘要

随着各种电器设备的普及,人们对电能的依赖越来越严重,几乎已经到了不可一日无电的地步。但是正是因为电器设备的多样化,使得电网中各类非线性负载日益增多,从而严重的影响了电能的质量。为满足日益提高的需求,提高电能质量,已经成为了电力研究的重点工作。在现有的技术范围内,有很多种方法可以提高电能的质量,其中利用有源电力滤波器(APF),对电网中的谐波和无功电流进行补偿,其过程简单快捷,结果精确高效,是目前最为行之有效的方法。
　　 本文针对影响电能质量的各种因素进行了初步的研究,对如何将电能的质量提高进行了简要的分析,对目前电力系统研究的重点-有源电力滤波器的发展历程及研究现状进行了简单的探讨。混合型有源电力滤波器是统一电能质量调节器(UPQC)的一种应用功能,本文重点对它的拓扑结构和补偿特性展开了详细的分析,对UPQC补偿系统中电压及负载电流的过程进行了研究。以主电路拓扑结构为依据,对UPQC的串、并联部分进行了功能分解,建立了各自相应的数学模型。经过研究发现,对电力系统进行准确补偿的前提条件是:将电力系统中的谐波及无功电流精确的检测出来。因此,本文对如何精确检测谐波及无功电流进行了重点介绍。电网中很多电压并不对称、在畸变的情况下很难精确地检测出其畸变波形,必须采用基于Park变换的谐波检测方法才能检测,且该方法无须对三相电压进行锁相或者是带通滤波,因而本文主要采用这种方法。UPQC的关键技术在于如何选择控制方法,本文对现行常用的各种控制方法的优缺点,包括电压、电流跟踪控制以及直流侧电压控制策略进行了详细的介绍和对比。文中并联部分选择采用滞环比较控制法,而串联部分选择采用三角波比较控制法。
　　 本文以主电路拓扑结构为依据,计算了相应的各项参数,同时设计了低通滤波器(LPF),并结合了MATLAB仿真软件对各项数据进行优化选择,最后根据所检测到的数据利用MATLAB仿真软件对UPQC进行了仿真。仿真结果发现UPQC能够很好的实现对负载输入电压和输入电流的综合控制,本文采用的检测和控制方法是十分有效的。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 电能质量

1.1.1 电能质量的标准

1.1.2 电能质量问题的危害

1.2 电能质量问题的控制方法

1.3 有源电力滤波器的研究与发展现状

1.4 本文的研究内容

第2章 UPQC主电路及工作原理的研究

2.1 有源电力滤波器的分类

2.2 串联-并联混合型有源电力滤波器(UPQC)的工作原理

2.2.1 UPQC的主电路拓扑结构

2.2.2 UPQC等效模型

2.2.3 UPQC的工作过程

2.3 小结

第3章 有源电力滤波器谐波与无功电流的检测

3.1 谐波主要检测方法

3.2 瞬时无功功率理论检测法

3.2.1 瞬时无功功率理论的理论基础

3.2.2 p-q检测法

3.2.3 ip-iq检测法

3.2.4 基于Park变换的谐波检测方法

3.3 小结

第4章 UPQC补偿控制策略研究

4.1 UPQC的主要控制方法

4.2 串联侧电压补偿控制

4.2.1 串联变流器在静止ABC坐标下的数学模型

4.2.2 串联变流器单相电路的状态空间模型

4.3 并联侧电流补偿控制

4.4 直流侧电压控制

4.4.1 直流侧电容电压调节

4.4.2 母线两组电容电压不平衡的分析与抑制

4.5 具有光伏并网发电功能的UPQC结构

4.6 小结

第5章 UPQC系统的仿真研究

5.1 主电路参数计算

5.2 低通滤波器(LPF)的设计

5.2.1 常用滤波器的介绍

5.2.2 本文选用的低通滤波器和参数

5.2.3 低通滤波器(LPF)的仿真

5.3 系统仿真

5.3.1 谐波检测仿真

5.3.2 直流侧电容电压仿真

5.3.3 串联侧电压补偿仿真

5.3.4 并联侧电流补偿仿真

5.4 小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献