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。     

三相四线UPQC系统的串联变流器控制策略

研究了三相四线统一电能质量调节器（UPQC）系统的串联变流器控制策略,该策略将串联变流器控制为正弦电流源,通过在静止ABC坐标系下对串联变流器三相输入电流分别进行独立控制,实现了电网输入电压非正弦、不平衡条件下的三相输入电流的基本平衡与正弦,且直流母线 2组电容电压稳定平衡。实验结果表明该控制策略是有效的,为三相四线UPQC系统对电网侧电能质量的改善及其并联变流器的正常运行提供了可靠的保障。     

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。     

基于超级电容器储能的UPQC工作条件及控制策略

为处理常规统一电能质量调节器(UPQC)难以解决的电源瞬时中断或电压暂降较深的问题,提出利用超级电容器储能系统(SESS)构成UPQC的直流储能单元。针对基于SESS的UPQC拓扑结构,研究UPQC单元优化配置的影响因素和目标函数,得出UPQC系统级功率流协调控制的最佳工作条件;分析SESS的主电路结构特点和性能,确定储能单元的容量和SESS控制策略;根据UPQC串、并联变流器的工作要求,提出基于PI控制和重复控制的UPQC单元级控制策略。仿真与实验分析结果表明,所提出的拓扑结构和控制策略在达到电能质量治理目标的同时,实现了UPQC串、并联变流器以及SESS协调控制。     

面向主动配电网的统一电能质量控制器补偿策略研究

主动配电网在充分发挥多种清洁能源优势的同时,不得不面对电能质量问题日益突出的困境。统一电能质量控制器(UPQC)可综合治理主动配电网中的电压质量和电流质量问题,是解决该问题的重要突破口。首先对UPQC系统进行解耦控制,将dq坐标下的数学模型转换到αβ坐标系下实现全解耦,得到串联侧和并联侧变流器的传递函数,然后分别设计了串联侧和并联侧的控制器,最后建立了UPQC系统整体的仿真模型。通过仿真验证了在电压跌落/暂升、负载电流畸变和无功电流、及综合电能质量存在的情况下,文中所设计的控制器具有较好的补偿效果。     

统一电能质量控制器最优容量控制策略

选取负载侧电压为参考向量对整个系统的进行了相量图分析,推导出UPQC最优容量注入的表达式。仿真结果表明,UPQC最优容量控制策略不仅能对电能质量进行补偿,而且降低了UPQC装置补偿容量,提高了装置经济性,易于实验应用。     

基于定有功电流限值控制的MMC型UPQC协调控制方法

对电压暂降期间MMC型UPQC串联侧补偿能力进行深入的理论分析。首先给出MMC型UPQC的工作原理,推导出暂降补偿幅值、补偿持续时间、主回路电气量及MMC参数之间关系的时域表达式;进而提出一种针对容量确定情况下UPQC串联侧过电流问题的协调控制设计方法,在传统定直流电压控制的基础上提出定有功电流限值控制;定义了划分MMC型UPQC处于上述两种控制状态的电压暂降临界值并给出数值计算表达式;最后PSCAD/EMTDC下的系统仿真结果验证了理论分析的正确性。仿真结果也表明,与传统协调控制方法相比,该文提出的协调控制方法可明显提高电压暂降的补偿幅值和持续时间。     

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。     

三相四线统一电能质量调节器的控制策略

针对电网输入电压的不平衡、非正弦及负载的不平衡、非线性特性,提出了一种基于三相静止坐标系下的三相四线统一电能质量调节器（UPQC）的协调控制策略。该策略将UPQC的串联变流器控制为基波正弦电流源,而并联变流器控制为基波正弦电压源,从而实现了三相四线UPQC对电能质量的综合控制能力,既改善了电网侧的电能质量问题,实现了电网输入电流的正弦及单位输入功率因数,也改善了负载侧的电能质量问题,实现了负载电压的平衡、额定及正弦。10 kVA系统实验装置的实验结果表明了该控制策略的有效性。     

新型站用统一电能质量调节器及控制策略

提出了一种改善变电站电能质量装置站用统一电能质量调节器(UPQC)结构及其控制策略,所提UPQC可接入三相三线或三相四线系统中并实现串并联电能质量调节。给出了UPQC内部串联及并联有源电力滤波器(APF)直接补偿控制策略,其中串联APF控制为基波正弦电流源,并联APF控制为基波正弦电压源。所提控制策略无需检测电压和电流补偿量,有效降低了系统控制复杂度。最后通过系统仿真及样机实验验证分析了所提站用UPQC及控制策略对不平衡负载、非线性负载等工况下的电能质量提升的有效性。     

基于改进型统一电能质量调节器结构的微电网控制策略

在电压等级为380V的微电网应用中,针对主电网三相四线制结构,提出了一种基于改进型统一电能质量调节器(UPQC)结构的微电网控制策略。该策略可以有效补偿主电网电压跌落、过电压和电压畸变,以及由微电网中非线性和不平衡负荷带来的电能质量问题。并网变流器(包括串并联变流器)在补偿电网电压和电流的同时,不仅解决了串并联变流器耦合带来的干扰,而且实现了微电网合理的功率分配。通过改进微电网公共连接点的UPQC结构,提出了改进型最小能量电压跌落补偿法,克服了传统补偿算法的缺陷,确保负载电压不会发生相位突变,不仅提高了分布式电源补偿电压的能力和范围,而且降低了变流器的容量和成本。通过MATLAB/Simulink仿真验证了所述控制策略的有效性。     

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。     

用于交直流配电网的模块化多电平换流器分序补偿控制策略

针对交直流配电网中三相负荷不平衡对电能质量的影响,提出了基于分裂电容式模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的分序补偿控制策略,控制MMC,通过直流侧电流补偿负荷电流中的负序和零序分量,从而使电网只需提供正序功率,提高了交流侧电能质量。同时,通过环流控制让不平衡功率在相间桥臂之间分配,并利用子模块储能特性来吸收不平衡功率,从而确保直流侧电能质量良好。对MMC直流侧功率控制进行了分析,采用零序控制改善直流侧电能质量,并对该控制下的子模块电容电压波动进行了评估。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

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。     

基于改进d-q-0变换的UPQC中串联变流器研究

用于配电系统中的三相四线制统一电能质量控制器(Unified Power Quality Conditioner,简称UPQC)是为了解决敏感用户端供电电压的电能质量问题和用户侧电能质量问题而研制的一种功能全面的有源电力滤波器(APF).重点研究了UPQC中串联部分电压畸变的检测方法以及控制策略,并通过实验对常见的电压跌落进行补偿.结果表明检测方法是正确、有效的.     

统一电能质量调节器串联注入变压器建模分析与设计

针对目前串联注入变压器尚无相应的国家标准,进行设计时具有一定的盲目性的问题,在分析其工作原理的基础上,建立注入变压器等效电路并推导传递函数,据此分析注入变压器各个参数对统一电能质量调节器(UPQC)补偿特性的影响.以串联侧提供能量最小为前提提出注入变压器容量、变比、损耗和阻抗压降等参数的选取原则,为UPQC研究人员和变压器制造商提供了参考理论依据.通过变电成本分析和实验验证了该选取原则的可行性与合理性.     

统一电能质量调节器最优输出跟踪控制策略

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,能同时对电压和电流质量进行综合补偿,但必须考虑其串并联单元的相互影响。为此,首先对外输入干扰电网电压和负载电流进行状态估计,以获取其各频次分量;进而提出了基于UPQC统一数学模型的最优输出跟踪控制策略,使得系统输出跟踪参考值,从而将负载电压和电网电流补偿到正常状态。由于该最优控制策略中的性能指标同时反映了负载电压和电源电流的输出跟踪性质,因此能够从全局最优的角度消除UPQC串、并联变流器补偿单元之间的相互影响,从而提供统一协调的电能质量调节功能,且具有良好的暂态响应特性。同时该策略在三相abc坐标系下实现,无需进行锁相环节与dq转换,其控制参数矩阵可以根据黎卡提方程事先求得,而与系统状态无关,易于工程实现。通过在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了该策略可以有效解决电压跌落/骤升以及谐波负载引起的电能质量问题,并具有优越的暂态响应特性。     

低压三相统一电能质量调节器的研制

针对三相四线制低压供电系统电压波动和非线性谐波电流污染的特点,设计了一种能够解决多种复杂电能质量问题的统一电能质量调节器(UPQC).该系统采用了模块化设计的思路,采用高频隔离DC/DC代替工频隔离变压器,可实现并联侧谐波电流的精确补偿及串联侧电压跌落、谐波电压的快速补偿特性.此处给出了不同组成部分的控制策略,并通过实验验证了该拓扑结构的可行性和有效性.     

一种单相无隔离变压器UPQC的控制策略研究

本文针对直流母线中点接入交流电网的单相半桥结构无隔离变压器统一电能质量调节器(UPQC)拓扑,分析了其系统功率流动和直流母线工频纹波产生机理,提出了一种改进的串并联协同控制策略。通过解耦控制,使得该拓扑串联侧补偿电压暂降,并联侧补偿电流谐波同时抑制直流母线电压工频脉动。并给出了该拓扑直流母线电容设计选型依据。最后通过仿真和实验,验证了所提设计和控制策略的有效性。