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。     

统一电能质量调节器控制策略及仿真

通过对统一电能质量调节器(UPQC)电路拓扑的稳态功率进行详细分析,并与基于传统控制策略下UPOC所需容量进行一系列比较,提出一种基于串联侧无有功注入的新型控制策略.该控制策略根据相应的负载功率因数角、电压跌落程度决定串联侧补偿电压的幅值,在特定补偿电压注入角情况下,使得串联侧不消耗任何有功,同时能够减小并联侧无功补偿容量.该控制策略不仅能完成电网电压跌落补偿、谐波治理、负载无功补偿和输入功率因数校正,且在串联侧不消耗任何有功的情况下降低整个UPQC的补偿容量.为了克服滞环控制的不足,串联侧采用恒频滞环来保持开关频率的稳定.仿真结果验证了理论分析的正确性与可行性.     

动态电压恢复器补偿策略的离散相位过渡法

动态电压恢复器(DVR)是补偿电压跌落,避免敏感负荷欠压脱扣的一种现代电力电子设备。针对相位敏感性负载直流电容储能利用率偏低的问题,提出一种基于离散相位过渡法的补偿策略,采用完全补偿法、同相补偿法、最小能量法之间的离散相位平滑过渡,缓解了负载电压相位跳变,有功功率交换降至最小。实验结果表明,该方法可有效延长DVR电压跌落补偿时间,从而降低直流链路电容容量,提高经济性。     

统一电能质量控制器容量优化设计及控制

为实现统一电能质量控制器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC) 容量在串并联单元之间的合理分配,提高UPQC补偿效率,给出了一种UPQC容量优化设计及控制方法。利用矢量图方法分析了UPQC稳态运行特性,建立了UPQC容量与电源电压暂降/骤升幅度、负载容量、负载功率因数和负载电压变化相角之间的关系模型,将其作为UPQC串并联单元容量选择的依据。根据补偿后负载电压相角可控的特点,采用神经网络对负载电压相角进行优化估计,降低UPQC实时补偿功率。仿真结果证明,所提方法能有效减小UPQC设计容量,优化动态补偿效果。     

基于UPQC主电路容量最小的控制策略的研究

以统一电能质量控制器(UPQC)左串-右并主电路结构为研究对象,从其基波稳态等效电路入手,给出了在电压波动时并伴有相位跳变的相量图;依据主电路总容量最小的原则导出了串联补偿电压的最优注入角;基于瞬时无功理论及低通滤波器提取电源基波相电压初始相位及相位跳变角,结合总容量最小时的最优注入角确定了目标电压函数,使UPQC输出相应的补偿电压。通过仿真和实验验证了在主电路容量最小时确定串联补偿电压最优注入角的控制策略。     

基于UPQC主电路容量最小的控制策略的研究

以统一电能质量控制器(UPQC)左串-右并主电路结构为研究对象,从其基波稳态等效电路入手,给出了在电压波动时并伴有相位跳变的相量图;依据主电路总容量最小的原则导出了串联补偿电压的最优注入角;基于瞬时无功理论及低通滤波器提取电源基波相电压初始相位及相位跳变角,结合总容量最小时的最优注入角确定了目标电压函数,使UPQC输出相应的补偿电压.通过仿真和实验验证了在主电路容量最小时确定串联补偿电压最优注入角的控制策略.     

低压配电网中单相动态电压恢复器与电力系统之间的能量流动

动态电压恢复器(DVR)工作时流经全部负载电流,其输出能量的大小则会影响储能单元充放电时间的长短。详细分析了同相位补偿、故障前补偿和最小能量补偿3种方式下DVR能量流动的规律。同相位补偿时,输出的电压最小,但在大多数时候可能输出的能量较大;故障前电压补偿方式下只要是电压发生暂降,必然需要向系统提供有功和无功才能满足控制的需求,这就对储能单元的功率输出提出了较高的要求;最小能量补偿方式下,指定补偿角的选取是关键。能量流动中有功功率的确定是配置储能单元额定储能量的前提,同时也是控制单元实现和执行补偿策略的理论依据。Matlab的仿真结果证明了以上结论。     

串联型电能质量调节装置完全补偿策略的特性

分析了串联型电能质量调节装置（series power quality regulator, SPQR）完全补偿策略的最优补偿目标,提出了SPQR在其极限输出电压约束下的2步应对措施,可以使装置在补偿能力范围内尽可能地实现完全补偿策略的最优目标。采用对SPQR最优补偿目标的解析式分析与影响关系曲线分析相结合的方法,得到了装置最优补偿目标受到系统电压幅值、系统电压相位跳变以及装置极限补偿电压3方面因素影响的结论,最后给出了SPQR在极限补偿电压约束下实现最优补偿目标的系统电压变化范围,分析结果将有助于SPQR补偿策略的设计及工程实践。     

一种基于新型控制策略的统一电能质量控制器

提出一种新型的统一电能质量控制器UPQC(Unified Power Quality Controller)控制策略：串联有源滤波器作为电流源,直接控制电网流入的电流为基频同步正弦电流;并联有源滤波器作为电压源．直接控制负载电压为标准基频同步电压;不必计算电压和电流的补偿量,只需锁定电网电压相位,利用能量平衡实现电流幅值的自动调节。目标电压幅值恒定,省去了繁琐计算,简化了电路。介绍了UPQC的结构原理、控制原理以及控制器的实现。最后通过仿真试验验证了该控制策略的有效性。     

Realization of UPQC H∞ coordinated control in Microgrid

Aiming at the complicated power quality problems with the coexistence of voltage quality and current quality in Microgrid, a comprehensive regulation technology of power quality is urgently needed, which makes unified power quality conditioner (UPQC) have widespread application fields. As a multiple power quality conditioner, UPQC gathers the functions of voltage quality compensator, current quality compensator and energy storage device in the integrated manner, meeting the needs of comprehensive power quality control for the Microgrid. In this paper, the advanced H_∞ control theory is adopted for further development on the UPQC generalized controlled system, and the Riccati solution method of the H_∞ controller is presented. Through analyzing the coupling effect between UPQC series unit and shunt unit, a design method of UPQC coordinated controller based on H_∞ control theory is proposed. The simulation and experimental results show that the proposed method can realize UPQC series unit voltage tracking compensation and shunt unit current tracking compensation simultaneously without steady-state phase shift and amplitude degradation. Moreover, the proposed method radically eliminates the coupling effect between UPQC series unit and shunt unit, and realizes the multiple power quality coordinated control functions of UPQC.     

基于UPQC的三相电流平衡补偿控制

统一电能质量控制器(UPQC)控制单元中既要控制静止同步无功补偿器(STATCOM)又要控制静止同步串联补偿器(SSC),灵活性和速动性降低且成本较高。对UPQC补偿装置进行具体的修改,UPQC的补偿原理主要是通过SSC交流侧输出一串联的电压以改变负载的实际工作电压,对STATCOM部分不要实施控制,故将UPQC中STATCOM部分的全控型电力电子器件换成二极管,从而得到了UPQC装置。以广东某一变电站为例,计算并用Matlab进行了仿真,结果表明,该补偿装置提高了控制的灵活性和速动性,且降低了成本。     

统一电能质量调节器的谐波检测与补偿策略研究

统一电能质量调节器(UPQC)将串联有源滤波器和并联有源滤波器结合起来,能够同时从整体上补偿系统电流和电压,具备综合的电能质量调节功能。采用dq0谐波检测法作为UPQC的检测方法,并采用空间电压矢量SVPWM作为UPQC串联侧补偿方法,在并联侧引入自抗扰控制器ADRC,将负载电流和电网电压等系统内外部模型不确定性统一视为控制器的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,利用非线性反馈控制律进行补偿。此法不需要精确地测量谐波,并且能很好地适应对于不同的负荷。最后在MATLAB的Simulink软件平台上进行仿真实验,结果表明了本文所采用的检测和补偿方法的正确性和有效性。     

适用于双馈风电系统的九开关型统一电能质量调节器

为减小电压谐波、电压跌落与骤升、电压不平衡等电能质量问题对双馈感应发电机(DFIG)风电系统的影响,在对多种统一电能质量调节器(UPQC)拓扑结构研究对比和九开关变换器建模分析的基础上,提出一种应用于双馈风电系统的九开关型UPQC方案。在对UPQC电压、电流补偿单元运算电路建模的基础上,设计相应的控制策略。按照电网工况,设定谐波电流补偿、轻度电压补偿、重度电压补偿3种工作模式,优化UPQC运行方案。仿真与实验结果表明,九开关型UPQC可以有效治理电压、电流谐波,消除电压偏差与相位跳变,提高DFIG机端电能质量,使机组可以在多种故障电压工况下实现柔性故障穿越。     

基于简化p-q-r理论的统一电能质量调节器控制策略

阐述了p-q-r瞬时功率理论的原理，提出一种特殊情况下的简化p-q-r理论，基于这一理论，提出一种统一电能质量调节器(unified power quality conditioner, UPQC)的综合控制策略，此策略综合了通常的直接控制策略和间接控制策略的特点。重点介绍了补偿电流及补偿电压的计算方法，详细分析了控制策略的原理，推导出p-q-r坐标下的相关运算公式，给出了在该坐标轴上的详细控制框图。仿真结果显示，将采用这种控制策略的UPQC用于补偿三相四线非线性及不平衡系统，可以实现对负载谐波、无功及中线电流较好的补偿，使负载获得额定端电压，同时提高电源侧功率因数，表明这种控制策略是可行、有效的。     

基于Park变换的UPQC检测方法研究

介绍了一种综合型的电能质量补偿装置UPQC的功能和结构,分析了它的检测方法与单独的串、并联有源滤波器的不同之处。在此基础上,提出利用瞬时无功功率理论中的Park变换法,分别提取三相不对称及畸变电压系统中基波正序的幅值和相角,并让电源参考电流跟踪基波正序电压的检测方法。该方法与现有的UPQC检测方法相比,简单易行,实时性好,避免了大量的相量计算,且无须对三相不对称及畸变电压进行锁相和滤波。仿真结果验证了这种方法的正确性。     

单相统一电能质量调节器的能量优化控制策略及仿真

通过对单相统一电能质量调节器(UPOC)最优稳态功率分析,推导出UPOC最小补偿容量下补偿电压的最优注入角,通过对最优补偿电压注入角度的控制实现统一电能调节器的最优能量控制.在串、并联的控制模块中采用恒频滞环控制来保持开关频率的恒定.在线性及非线性负荷工况下,对电源电压骤变同时伴有谐波的情况进行了仿真.结果表明,该UPOC电路简单、易实现,而且能保证UPQC在最小容量下实现电源和负荷之间的扰动隔离、线路终端功率因数调整,在不增大储能设备容量的前提下延长UPOC的最大可补偿时间,并能较好地克服电源电压引起的负荷节点电压畸变问题.