统一电能质量调节器在主动配电网中的应用及其控制策略研究

摘要

在主动配电网中，统一电能质量调节器能够综合解决配电网的各种电能质量问题，是主动配电网调控技术的有力补充，影响着整个主动配电网的稳定运行。同时统一电能质量调节器也是面向用户侧的分布式终端，它的补偿工作性能影响着用户供电电能质量，尤其是敏感设备的安全供电。因此针对统一电能质量调节器的研究至关重要。
　　传统统一电能质量调节器在实际应用中具有结构复杂、重量大、造价高等缺点，且难以补偿深度跌落、谐波成分等现状，本课题提出一种单相无隔离变压器UPQC的拓扑结构，并在此基础上做了如下工作:
　　首先，深入研究了单相无隔离变压器的UPQC拓扑结构，在此基础上分别对串、并联侧及直流侧建立了数学模型，分析该拓扑补偿工作时的功率流动，并推导出直流母线纹波产生机理，据此进行直流母线电容设计。
　　其次，研究了统一电能质量调节器的串联补偿控制方法，提出了基于最小电流注入法的电压暂降补偿方法与无谐波检测环节的电压暂降谐波协同补偿控制策略。其可以在不超过串联侧变流器最大输出电流限值的情况下，补偿电网电压深度跌落，拓宽了暂降补偿范围。使得统一电能质量调节器可以高效补偿电网电压谐波分量，提高负载侧电能质量，最大限度地利用了统一电能质量调节器的串补能力，保证负载的持续稳定供电。并通过仿真对比与分析，验证了所提控制方法的可行性。
　　再次，对并联侧谐波检测算法中存在的直流分量检测困难问题进行了研究，分析对比了基于瞬时无功功率理论的传统电流谐波提取算法，并在此基础上提出了基于三阶+二阶广义积分器的谐波提取控制算法，其可以有效抑制电网电流中直流分量对谐波检测的干扰。同时针对无隔离变压器半桥结构UPQC拓扑直流母线纹波问题，提出了基于PIR控制器的直流母线控制算法。仿真结果证明了该控制方法可以实现特定次谐波电流的补偿与直流母线电压的无波动稳定控制。
　　最后，对单相无隔离变压器结构统一电能质量调节器的硬件电路设计和软件控制算法进行了较为详细的分析，并通过仿真和RTLab实验，验证所提策略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．1．1 主动配电网电能质量指标

1．1．2 主动配电网电能质量治理设备

1．2 统一电能质量调节器研究现状

1．2．1 统一电能质量调节器的拓扑结构

1．2．2 统一电能质量调节器的控制策略

1．3 课题的研究内容与主要工作

第二章 统一电能质量调节器的拓扑结构和工作原理

2．1 统一电能质量调节器主电路及其衍生拓扑

2．2 单相无隔离双半桥结构UPQC系统建模

2．2．1 串联侧数学模型

2．2．2 并联侧数学模型

2．2．3 直流母线侧数学模型

2．3．1 基波稳态等效模型

2．3．2 功率流动分析

2．4 单相无隔离双半桥结构UPQC母线纹波分析

2．4．1 直流母线纹波产生机理

2．4．2 直流母线电容选型范围

2．5 本章小结

第三章 串联变流器控制策略研究

3．1 电压暂降串联变流器补偿控制方法

3．1．1 传统补偿策略分析

3．1．2 深度趺落下的最小电流注入补偿控制策略

3．1．3 深度跌落下不同补偿方法比较

3．1．4 仿真结果分析

3．2 非理想输入电压下串联变流器控制方法

3．2．1 传统电压谐波检测及补偿策略分析

3．2．2 无谐波检测环节的电压补偿策略

3．2．3 仿真结果及分析

3．3 本章小结

第四章 并联变流器控制策略研究

4．1 谐波电流检测

4．1．1 常见谐波检测算法

4．1．2 基于瞬时无功功率理论的单相谐波电流检测算法

4．1．3 基于二阶广义积分嚣的单相谐波检测算法

4．1．4 基于三阶+二阶广义积分器的单相谐波检测算法

4．1．5 单相谐波电流检测算法仿真与分析

4．2 并联侧控制方法

4．2．1 基于谐摄控制器的谐波电流补偿控制方法

4．2．2 直流母线电压控制策略研究

4．2．3 基于PIR的直流母线控制方法

4．2．4 仿真结果及分析

4．3 本章小结

第五章 统一电能质量调节器设计与实现

5．1 统一电能质量调节器的硬件设计

5．1．1 功率电路的参数设计

5．1．2 统一电能质量调节器其他部分硬件设计

5．2 统一电能质量调节器的软件设计

5．2．1 系统检测与投切策略设计

5．2．2 串并联补偿控制程序设计

5．2．3 中断控制算法程序设计

5．3 单相无隔离变压器双半桥UPQC综合仿真

5．3．1 稳态补偿仿真

5．3．2 动态补偿仿真

5．4 统一电能质量调节器实验结果分析

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目