统一电能质量调节器畸变量检测与补偿控制策略研究

摘要

随着电力事业的不断发展，电网结构以及负荷成份的日益多样化、复杂化，在配电系统中电压和电流问题也往往同时出现。若针对每种不同的电能质量问题都安装相应的治理装置，不仅将会使治理成本大幅增加，而且各种装置的投入使用也会产生耦合影响问题，使得运行维护起来也非常复杂。因此，能够同时解决多种电能质量问题的装置已经成为现代电力发展的需要，而统一电能质量调节器(UnifiedPowerQualityConditioner)作为电能质量综合补偿设备，既可以改善电网侧的供电质量，又能防止负荷端的电流谐波污染电网。在电能质量问题日益严重的今天，UPQC无疑拥有着广阔的应用前景。
　　本文首先对电能质量的基本概念、电网中存在的电能质量问题以及解决措施等方面的内容进行了介绍，然后对UPQC的研究必要性与研究现状进行了详细说明，并在此基础上，对UPQC的拓扑结构、工作机理以及数学模型进行了分析，最后针对UPQC研究的两个重要环节——畸变量检测和补偿控制策略进行了较为深入的研究。
　　在畸变量检测环节，本文首先对频域法中的傅里叶变换检测法和小波变换法进行了描述，然后讨论了基于瞬时无功功率理论的p-q法和ip-iq法，并结合UPQC的补偿特点，着重分析了基于Park变换的畸变量综合检测算法，该算法解决了p-q法和ip-iq法在电网电压畸变的系统中无法准确地对畸变量进行检测的问题。通过仿真验证了该检测算法的有效性。
　　在补偿控制环节上，本文首先分析了空间矢量控制与滞环跟踪控制，针对滞环控制开关频率不固定易产生过大的开关损耗以及三相三线系统有时较为严重的相间干扰等问题，研究了一种适用于UPQC的基于空间矢量的恒频滞环控制策略。该控制策略在判断指令电压矢量所处的区域时，采用改进后的空间矢量脉宽调制跟踪算法，直接使用相间电流误差矢量的正负号进行判断，不需要检测三相电网电压，在优化控制算法的同时也简化了硬件电路。该控制策略不仅解决了传统滞环控制开关频率不固定的问题，而且能够有效地克服三相三线系统的相间干扰问题。通过Matlab/Simulink进行仿真，结果表明该控制策略是一种可行的UPQC控制策略。
　　本文最后搭建并完成了以DSP为核心器件的UPQC硬件实验电路，详细设计了相关硬件电路并制作电路板;具体阐述了系统算法软件设计思想以及相关程序流程图。