基于有功和无功功率协调分配的统一电能质量调节器控制策略

统一电能质量调节器(UPQC)由串联型有源滤波器和并联型有源滤波器组合而成。在常规功率控制策略中,串、并联变流器与馈线之间存在的有功功率环流增大了串、并联单元的容量负担和损耗,且当电源电压跌落较大时,串、并联单元在补偿电能质量过程中有可能发生容量越限。提出了基于有功和无功功率协调分配的UPQC控制策略,通过合理分配串、并联变流器的功率输出,充分发挥串联变流器的作用,使得串联变流器承担部分负载无功功率以减轻并联变流器的负担,并消除有功功率环流;基于并联变流器补偿容量恒定的原则分配电源与储能单元提供的有功功率,以减小配电网馈线过电流的风险,并保证串、并联单元在补偿电能质量过程中不会发生容量越限。在电源电压完全跌落的极限情况下,负载有功完全由储能提供,实现了不间断电源的功能。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真算例,结果验证了所提策略的正确性和有效性,能够实现UPQC串、并联变流器以及储能单元的协调控制。     

基于无功功率流的UPQC协调控制策略

针对统一电能质量调节器UPQC常规控制中,其串并联变流器功能相对独立、利用率低的问题,提出基于无功功率流的UPQC协调控制策略。应用所设计的UPQC系统结构,协调分配UP-QC串并联变流器的无功功率输出,控制串联变流器输出电压向量垂直相应的电流向量,控制并联变流器输出电流向量垂直相应的电压向量,有效消除了有功环流的影响。特别针对电网侧没有电能质量问题时,控制串联变流器继续输出无功功率,充分发挥两变流器的无功补偿功能。理论推导UPQC系统功率流的关系,并仿真实验分析提出的控制策略,结果表明该控制策略解决电能质量问题的同时,实现了UPQC串并联变流器功率的合理分配。     

基于H∞控制理论的UPQC串并联单元协调控制的实现

统一电能质量控制器(UPQC)集电压型补偿装置、电流型补偿装置和储能装置于一体,统一实现多重电能质量调节功能。为了提高UPQC的综合控制性能,该文采用先进的H∞控制理论对UPQC的广义被控系统进行了深入研究,并给出了其H∞控制器的Riccati求解方法。剖析了UPQC的串联单元、并联单元之间耦合影响的根本原因,进而提出一种基于H∞控制的UPQC协调控制器的设计方法。实验结果表明所提方法可使UPQC同时实现串联单元的电压跟踪补偿和并联单元的电流跟踪补偿,并且均无稳态相位偏移和幅值衰减。从根本上消除了串联、并联单元之间的耦合影响,实现了UPQC的多重电能质量统一协调控制功能。     

基于FCS-MPC的五桥臂UPQC电能质量补偿策略研究

针对容错模式下的统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC),提出了一种五桥臂形式的新型拓扑结构,实现故障下的电能质量扰动综合补偿。在此基础上,对串联变流器和并联变流器进行统一建模,提出了一种基于有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control, FCS-MPC)的五桥臂UPQC控制策略。相比传统线性控制策略,所提算法构建了统一的预测模型以及整合优化的价值函数,实现串联变流器与并联变流器的协同控制,提高了两侧变流器的补偿精度、暂态性能以及响应速度,有效降低了控制算法的复杂度和参数调节难度,并具有较高的参数鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

UPQC切换运行模式的小信号分析及协调控制策略

针对统一电能质量调节器(UPQC)切换运行模式时引起的小扰动稳定性及动态交互影响问题,建立了包括串、并联变流器控制在内的小信号模型,对比分析了串、并联变流器独立运行以及联合运行时的稳定性及动态性能,并以特征根灵敏度的方法研究了控制参数、负荷等因素与UPQC运行模式切换时的小扰动稳定性的关联机理。该结论可为UPQC的参数设计提供部分参考依据,其后提出了可减少串并联变流器与电网之间能量交换、提高串联变流器利用率的新型功率流协调控制策略。时域仿真证实了相关结论的有效性及协调控制策略的可行性。     

UPQC直流储能单元的APFC控制技术

统一电能质量控制器(UPQC)是用户电力技术中的新兴装置,它能统一实现多重电能质量调节功能。系统地介绍了UPQC的综合补偿功能,并给出了一种典型的UPQC拓扑结构。为了进一步提高UPQC的性能,将有源功率因数校正(APFC)技术引入UPQC直流储能单元的直流电容电压控制,详细阐述了其工作原理,并给出了仿真实验结果。APFC技术用于UPQC的直流储能单元中是完全可行的,它使UPQC的性能更完善。     

带储能系统的新型统一电能质量调节器的设计

针对传统统一电能质量调节器(UPQC)在断电的情况下无法为用户提供电能的缺点,提出一种基于储能系统的UPQC结构,并设计了相关控制策略对其进行控制。当电网正常时,通过并联有源电力滤波器(PAPF)吸收一定的有功功率对蓄电池进行充电。一旦电网断开,蓄电池迅速释放电能使直流侧电压稳定,同时通过控制串联有源电力滤波器(SAPF)逆变,保持用户端电压稳定。为了实现储能系统稳压与PAPF稳压的无缝切换,设计了带积分预设的比例积分(PI)算法。针对电压定向方法,按照其定义,设计一种直接计算定向角的方法,该方法具有计算精度高,无相位滞后等优点。系统采用双DSP芯片控制,一片控制SAPF和PAPF,另外一片控制储能系统,两片DSP芯片通过RS232总线连接到ARM单片机,进行协调控制。实验结果表明,该系统能够有效地改善电能质量,即使在电网断开的情况下,也能继续为用户提供高品质电能。     

UPQC工业装置的试验评估

统一电能质量控制器(UPQC)更适用于多种复杂电能质量问题共存的场合。在此研究了UPQC的拓扑结构、控制策略,研制了10.5 kV/1 MVA级的UPQC工业装置,设计了UPQC装置高压测试系统,评估了实际装置的串、并联侧动态性能,试验结果表明了UPQC检测算法与控制策略的有效性和实用性。     

单周期控制策略在统一电能质量调节器中的应用研究

基于统一电能质量调节器(UPQC)对电能质量进行补偿时的同步性问题和控制的复杂性两个方面的考虑,在对UPQC拓扑结构与工作原理的分析基础上,提出了基于单周期控制的统一电能质量调节器控制策略,完成对UPQC中的DVR和APF两部分的同步控制,并且结构简单、易于实现。在理论分析的基础上,应用Simulink对单周期控制的统一电能质量系统进行了建模和仿真,仿真结果表明,该方法能在一个开关周期内消除稳态误差,提高UPQC的稳定性和对电能质量补偿的快速性,很好地证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。     

基于情感智能控制器的统一电能质量调节器

为解决统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)直流侧电压稳定控制问题,提出一种基于大脑情感学习的智能控制器(Brain Emotional Learning Based Intelligent Controller,BELBIC)新型控制策略。基于背靠背脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)变流器结构的UPQC电路系统,采用开关函数描述方法建立并联补偿控制和串联补偿控制电路的数学模型。根据大脑情感学习(Brain Emotional Learning,BEL)计算模型的结构特点和作用机理,提出基于BELBIC智能控制的UPQC系统多目标控制框图。仿真及实验结果表明可以实现电流和电压的补偿输出,直流侧电压稳定,系统具有良好的动静态特性,验证了所提方法的正确性和有效性。