微电网中统一电能质量调节器控制方法研究

摘要

随着微电网技术的不断发展,微电网的结构和电力负荷将日益复杂化,多种电能质量问题在微电网系统中同时出现的概率越来越高。为了解决微电网中存在的电压波动、三相不平衡和谐波等多种电能质量问题,本文采用统一电能质量调节器(Unified Power Quality Controller,UPQC)对微电网的电能质量进行控制。由于UPQC的控制策略直接影响其对电能质量的综合补偿能力,因此,本文着重对UPQC的控制方法进行研究。　　深入分析了UPQC的基本结构、工作原理及补偿指令信号的产生原理,根据状态空间理论建立了UPQC的统一数学模型,为UPQC控制方法的研究打下了良好的基础。　　针对UPQC谐波电流检测方法存在的延时问题,提出了一种基于前向线性预测理论的谐波电流预测控制方法,推导出了最佳预测系数正则方程、谐波电流最小预测误差和阶更新方程,给出了1-3阶滤波器的预测系数和最小预测误差值。该方法能准确预测谐波电流,通过自适应模糊控制方法,实现最小误差补偿。仿真和实验结果表明,该方法具有预测控制精度高、快速跟踪能力强和补偿效果好等特点。　　针对 UPQC常用控制方法大都是对串联和并联部分分别进行控制存在综合补偿效果较差等问题,提出了一种基于鲁棒 H2/H∞优化理论的UPQC控制方法,该方法将UPQC系统模型参数的不确定性引入到系统状态方程中,使得闭环系统中所允许存在的不确定性能够同时满足最优H2性能和H∞干扰抑制,把鲁棒H2/H∞控制器的设计转化为具有线性矩阵不等式的优化问题,进而推导出UPQC的线性动态反馈控制器,实现了对UPQC的优化控制,仿真分析表明该方法具有响应速度快、鲁棒性强等特点。　　针对现有UPQC的控制方法对于UPQC输入、输出和状态的约束条件控制效果较差等问题,提出了一种基于变约束预测理论的UPQC控制方法。该方法在鲁棒预测控制的基础上,通过在线优化控制方法构建当前状态的反馈控制矩阵的凸组合系数,确定对应的控制约束,增加了在线求解的自由度,减少了运算时间,综合考虑了 UPQC系统的动态性能和状态约束条件等,有效地提高了UPQC的综合补偿功能。仿真与实验验证了该方法的有效性和可行性。　　为了进一步分析本文提出的控制方法的补偿效果,搭建一个含 UPQC的微电网电能质量 MATLAB仿真模型,并分别对微电网中的电压波动和谐波污染等电能质量问题的控制效果进行了仿真和比较,仿真结果分析表明,基于变约束预测理论控制方法的补偿效果相对更好一些。

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第一章 绪 论

1.1 微电网及其电能质量问题

1.2 UPQC控制方法的研究现状

1.3 本文的主要研究工作

第二章 UPQC的原理及数学模型

2.1 UPQC的结构和工作原理

2.2 UPQC补偿指令信号生成原理

2.3 UPQC状态空间模型的建立

2.4 本章小结

第三章 UPQC的谐波电流预测控制方法

3.1 产生延时的原因及解决方法

3.2 基于前向线性预测理论的谐波电流预测控制方法

3.3 本章小结

第四章 基于鲁棒H2/H∞优化理论的UPQC控制方法

4.1 UPQC的常用控制方法介绍

4.2 UPQC鲁棒H2/H∞优化控制方法研究

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 基于变约束预测控制的UPQC控制方法

5.1 预测控制技术原理

5.2 UPQC变约束预测控制方法设计

5.3 仿真及实验分析

5.4 本章小结

第六章 微电网中UPQC控制方法的综合仿真

6.1 仿真模型

6.2 UPQC控制方法的综合仿真

6.3 本章小结

结语

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢