统一电能质量控制器的仿真及实验研究

摘要

随着我国国民经济和科学技术的飞速发展，对电能的需求量逐年增长，与此同时电能质量问题也越来越突出。电能质量综合治理技术是以电力电子技术为基础，电力系统、信号处理和控制理论等多学科相互交叉的新技术。统一电能质量控制器(UPQC)是一种电能质量综合治理的基础装置之一。它既可以补偿电流畸变和无功功率，又可以快速补偿供电电压中的骤升、骡降、波动、闪变和各相电压的不平衡以及故障时的短时供电中断、实现动态电压恢复。
　　为此，本文结合国家电网公司科技部重点科技项目《大容量统一电能质量控制器关键技术及装备》，对配电系统中的统一电能质量控制器进行了研究，该装置样机的容量为240KVA。
　　本文首先对三相三线制统一电能质量控制器的拓扑结构和主回路拓扑进行分析，并建立UPQC的数学模型。在分析各种检测算法的基础上，确定了使用多任务检测方法。确立了对统一电能质量控制器中串并联单元进行分别控制的思想，以补偿负载侧谐波和无功电流、补偿网测电压为目的的控制策略。
　　详细讨论了240KVA容量三相三线制UPQC控制系统设计，运用PSCAD仿真软件搭建了仿真模型，对三相三线UPQC在各种工况下的运行进行了较全面的仿真研究，详细分析验证了UPQC的系统性能，仿真结果表明采用的检测算法和串并联侧控制策略是有效的。
　　本文最后通过对240KVAUPQC试验样机的实验验证了仿真结果的正确性，证明了UPQC较好地实现了对电网输入电流及负载输入电压的综合电能质量调节。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 电能质量的基本概念

1．1．1 电能质量的标准

1．1．2 电能质量降低的原因、危害

1．1．3 电能质量解决方案

1．2 课题背景及意义

1．3 统一电能质量控制器研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 统一电能质量控制器拓扑结构与工作原理

2．1 UPQC的基本结构、工作原理和功能

2．1．1 UPQC的基本拓扑结构

2．1．2 UPQC串联补偿部分结构及功能

2．1．3 UPQC并联补偿部分结构及功能

2．1．4 UPQC的工作原理及功能

2．2 UPQC主拓扑的选择

2．2．1 左串右并结构

2．2．2 左并右串结构

2．2．3 两串结构

2．2．4 直流隔离型结构

2．2．5 模块化多电平换流器(MMC)结构

2．3 UPQC数学模型

2．3．1 串联单元单相数学模型

2．3．2 并联单元数学模型

2．3．3 直流单元数学模型

2．4 本章小结

3 UPQC电压电流信号检测方法研究

3．1 瞬时无功功率理论检测法

3．2 基于同步坐标变换的检测法

3．3 多目标检测算法

3．4 本章小结

4 统一电能质量调节器控制方法和控制策略研究

4．1 变流器驱动信号控制方法

4．1．1 三角载波脉宽调制方法

4．1．2 滞环比较跟踪控制方法

4．2 串、并联侧控制方案

4．2．1 串联侧电压控制策略

4．2．2 并联侧电流控制策略

4．3 UPQC并联补偿中直流侧电容电压控制策略

4．4 本章小结

5 统一电能质量调节器参数设计与仿真

5．1 UPQC设计补偿性能基本参数

5．2 UPQC串并联侧基本参数

5．3 装置启动、工作时序及启动过程仿真

5．4 UPQC外特性仿真分析

5．5 本章小结

6 统一电能质量调节器实验研究

6．1 实验装置概述

6．2 UPQC控制保护系统介绍

6．3 DSP控制板

6．4 给定电压电流发生测试

6．5 本章小结

7 总结与展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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