2通用电能质量控制器的工作原理

西安交通大学硕士论文西安交通大学硕士论文2通用电能质量把握器的工作原理本文所争论的通用电能质量把握器采用的是一个串联补偿器UPQC系统的构造uuii+AP1-LfLhZSiAP2uSPCC2-1UPQC系统构造图图2-1 是双变流器构造通用电能质量把握装置系统的简洁构造图，它由一个串联在公共母线的进线上的变流器〔串联补偿器〕和一个并联在进线上的变流器〔并联补偿器〕组成，二者共用一个直流环节。靠近电源侧的串联补偿器可以等效为一个受控电压源，补偿来自电网侧的电压谐波和抑制电压波动，提高供电电压质量。并联补偿器则靠近负载侧，可以等效为一个受控电流源，向电网注入与负载谐波和无功电流大小相等而方向相反的电流，抑制各种非线性、冲击性负载电流对电网的影响。通用电能质量把握器直流母线电容电压的稳定，由并联补偿器从电网吸取或释放有功功率来维持。串联补偿器单独运行的工作原理图2-2Z1ZL+Z1ZLZSuS图2-2 串联补偿器单相结构图补偿电流谐波针对系统中的谐波源具有电压源的性质这一特点，串联补偿器局部的一个主要特点就是作为受控电压源工作。为分析便利，，该等效电路如图2-3所示。图中各下标的含义是，S 表示电网，L表示负荷，f表示基波，h表示谐波，AF表示电能质量把握器。iizSs＋u－zL＋AFus＋uL－－图2-3 串联补偿器补偿电流谐波等效原理图令串联补偿器产生的补偿电压为SAFu =KGiSAF

(2-1)式中，G 描述了谐波检测电路的特性，对于被检测信号的基波，Gf=0Gh=1。u ui S

(2-2)

S Z Z KGS LK>>1pu (2-3)则有i 0 (2-4)Shu u uAF Sh Lh

(2-5)式(2-3)KPWM[10]。2.2.1补偿电压谐波和幅值跌落测出电源侧畸变电压;通过把握电路产生由补偿策略确定的补偿信号,形成PWM信号后,再由驱动电路去控制逆变器的功率器件开关;最终由滤波器滤除高次谐波,在串联变压器上产生与补偿指令一样的补偿电压来抵消电源电压中的各种畸变重量,从而提高波的干扰。＋＋u－AF＋＋huL＋－f－－Sus图2-4 串联补偿器补偿电压谐波和幅值跌落等效原理图AFuL

u

和幅值Sh低于负荷需要的稳定电压uL

UPQC的串联补偿器局部就需要对此进展补偿，这个原理可以用一个公式描述如下：u uAF Sh

(uSf

u ) (2-6)L准确无误地检测出电源中的畸变量,才有可能得到抱负的补偿效的补偿性能。并联补偿器单独运行的工作原理图2-5偿负载侧的电流谐波补偿无功。usus+把握模块驱动信号PQC2-5并联补偿器单相结构图补偿电流谐波以A相为例，并联补偿器补偿电流型谐波源时的等效原理图如图2-6Sf表示基波，h表示谐波。sshsfLfLh+iu sshsfLfLh+iu usfchshZp2-6并联补偿器补偿电流谐波等效原理图ushnZ

iLhn

ichnishn

p Z1 sZp

(2-7)ush

=0ich

i iLh

=0。电能质量调节器可以补偿负载产生的谐波电流，从而使流入电网侧的谐波电流为零。当电网电压ush

≠0ish

≠0。补偿无功同理可得并联补偿器用来补偿无功时的单相等效原理图，如图2-7Spq表示无功。ZsZsi isp sqi iLp Lqicqusp2-7Zi (isq

i ) pcq Z Zs p

(2-8)iLq

i =0icq

=0的无功功率，从而到达提高功率因数，降低电压闪变水平的目的。同理，假设令i ic Lh

i Lq波电流，又可以对无功进展补偿；假设三相负荷不平衡，可以令i i ic Lh

i

Lfp

电流就只是三相平衡的基波有功，从而到达抑制谐波、补偿无功、串并联协调运行的工作原理由于本文所争论的通用电能质量把握器主要是补偿来自电网线性、冲击性负载电流对电网的影响。由此依据串联补偿器和并响，既补偿电压谐波和幅值跌落，承受并联补偿器来补偿负载侧图2-8给出了整个UPQCSLfhAFuAF

和i 分别表示UPQC等效为的AFLuuLSh

uL补偿。

UPQC的串联补偿器局部就需要对此进展iLz u － ＋s AF iAFu ＋ uAFSh Lu＋ － i iusf Lf Lh－－图2-8 UPQC系统等效原理图这个原理可以用一个公式描述如下：u uAF Sh

(uSf

u ) (2-9)LUPQC下：i iAF Lh

(2-10)PWMiLh，并i把握并联PWMiLh

电流、电压跟踪把握方法电流、电压跟踪把握就是依据补偿电流、电压的指令信号和PWM器产生的补偿电流、电压应实时跟随其指令电流、电压信号的变化，要求补偿电流、电压发生器有很好的实时性，因此把握方式承受跟踪型PWMPWM把握的方法主要有两种，即瞬时值比较方式和三角波比较方式。由于电流、电压跟踪面。2-9+*iC iC+*i -C

滞环比较器

PWM信号2-9iC*与实际的补偿电流信iCiCPWMPWM信号经iC的变化。在承受滞环比较器的瞬时值比较方式中，滞环的宽度通常是尤其是当iCiC值小的时候，固定iC值大的时候，固定的环宽又可能使器件的开关频率过高，甚至可能超出器件允许的最高工作频率而导致器件损坏。ii*C+iC-PWMiC 2-10定时把握的瞬时值比较方式原理图本文所承受的电流跟踪把握方式是一种加了PI调整器的定时信号的差通过PI调整后再打算开关管的开关状态，承受这种把握方式可以有效降低跟踪电流的纹波。承受定时把握的瞬时值比较器件开关频率过高的状况发生。该方式的缺乏是，补偿电流的跟2-11Ci* i +CC K+- -i 三角波C

PWM信号图2-11 三角波比较方式的原理图这种方式与其他用三角波作为载波的PWM 把握方式不同，它不直接将指令信号i*i*与i的偏差ic c c

经放大器A之后再与三角波比较。Aic

把握为最小来进行设慢等缺点。直流侧电压的把握方式通用电能质量把握装置工作时，由于其自身的能量损耗，还有Vc电流发生电路由电压型PWM跟踪控制电路组成，为保证其有良好的补偿电流跟随性能，也必须对本文的双变流器构造的通用电能质量把握器而言，它的公cf容电压值VVcfcr

之差，经PI调整器把握，在2-12指令电流uaPLLsin-cosPI-+iiipicbC32CLPFipLPFiq+-ipC1--i*AF2a23ibfiiiqcf-+-i*++AF2bi*AF2c图2-12 包括直流侧电压把握环节的指令电流运算电路图中VCr

是VVC

V的反响值，二者之差经PIC节器后得到调整信号i，它叠加到瞬时有功电流的直流重量ip p上，经运算在指令信号iC

*中包含确定的基波有功电流，补偿电流发生电路根据iC

*产生补偿电流iC

注入电网，使得电力有源滤波器波器的直流侧与沟通侧交换能量，将VC假设期望VC

上升〔例如电能质量把握器投入运行时建立V的过C程p

p0即可〔pei

。此时电力有源滤波器从VA pV电源得到能量，持续向其直流侧传递，使C