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统一电能质量控制器UPQC的控制方案

2022/07/16150 作者:佚名
导读:由于UPQC系统在功能上的多样性决定了其在控制上的复杂性,对两个变换器的实时协调控制可以实现最优的控制效果。通常,电网电压的波动是不可控制的;负载电流(特别是无功电流和谐波电流)与负载的性质有关,也是不可控的,那么可控制的就只有电网电流和负载电压。从这两个方面考虑,一般可以将UPQC双侧变换器的控制分成两种,一种是控制成电压源,一种是控制成电流源。因此,电压源和电流源的不同组合产生了间接控制方案和

由于UPQC系统在功能上的多样性决定了其在控制上的复杂性,对两个变换器的实时协调控制可以实现最优的控制效果。通常,电网电压的波动是不可控制的;负载电流(特别是无功电流和谐波电流)与负载的性质有关,也是不可控的,那么可控制的就只有电网电流和负载电压。从这两个方面考虑,一般可以将UPQC双侧变换器的控制分成两种,一种是控制成电压源,一种是控制成电流源。因此,电压源和电流源的不同组合产生了间接控制方案和直接控制方案 。

统一电能质量控制器间接控制

间接控制方案是UPQC控制方案中比较常见的一种。其方法是将串联变换器控制成非正弦的电压源,以补偿电网基波电压和谐波电压;将并联变换器控制成非正弦的电流源,来补偿负载的无功和谐波电流并调节直流母线电压。

通过这样的补偿策略,负载端的电压则是额定正弦电压,并且电网电流也是与电网基波电压同相的正弦电流。对电网而言,就好像给一个纯阻性负载供电一样。对于串联变换器的控制指令就是电网的实时电压与标准额定电压之间的偏差量(Delta ) ;并联变换器的控制指令则是负载的无功电流和谐波电流之和。可以试想,如果并联变换器完全补偿了负载的无功和谐波电流,那么负载的有功电流将自动由网提供,实现单位功率因数。电网的实时变差量是可以直接检测的,但是无功和谐波电流无法直接物理检测,只有通过控制器计算得来。做法是在两相同步旋转坐标系下通过低通滤波器(LPF)和高通滤波器(HPF)来获得基波和谐波分量,但由于多个滤波器的引入又会引起相位滞后问题,这种做法在三相系统中较为常见。在单相系统中则需建立一套新的检测和计算方法来满足控制的快速性和精度要求,目前可见到的方法有自适应滤波、神经网络、卡尔曼滤波器和数学形态法等,这些方法将在实际应用中得以验证优劣。

统一电能质量控制器直接控制

直接控制方案是近几年提出的控制策略,直接控制电网电流和负载电压,不再是补偿Delta电参量,在原有波形上进行修补。在这种控制策略中,串联变换器控制为正弦电流源以使输入电流为正弦,而并联变换器则被控制为正弦电压源,使负载电压为标准正弦值。由于电压源对于谐波来说具有很小的阻抗,因此负载的谐波电流从并联变换器中提取。串联变换器被控制成正弦电流源,且要求网侧的功率因数为1,负载从电网中只能吸取有功电流,那么负载的无功电流只能从并联变换器中汲取;由于电流源对于谐波有很大的阻抗,因此电网的谐波电压将被串联变压器隔断,而不会影响负载电压。在直接控制方案下,串联变流器隔离了电网与负载端的电压扰动,而并联变流器隔离了负载无功功率、负载谐波电流进入电网。采用直接控制策略,还有一个优点就是在电网掉电或恢复供电时,不存在工作模式的切换,因为并联变流器始终受控为正弦电压源。但是,这种控制策略适用于三相系统中,如果在单相系统中应用就必须有直流侧储能装置,否则直流电压将无法控制。为了维持直流侧储能装置电压(能量)稳定,有学者专门增加一套整流装置为其提供能量。

串联变换器控制成正弦电流源的有功电流指令不可能直接检测,只能通过其他参数计算得来,而计算的精度和快速性,则关系着整个系统的控制性能,所以对硬件的检测和程序计算效率提出了较高的要求。关于有功电流的计算方法和间接控制中的无功和谐波电流计算的方法一致。并联变换器控制成电压源的电压指令可以直接给定。

统一电能质量控制器双电流源控制

不论是间接控制方案还是直接控制方案都是电压源与电流源并联的控制方式,只是正弦和非正弦之分。而电压源和电压源并联的形式是不予考虑的,所以本文在前两种方法的基础上,从负载需要的额定功率(有功功率、无功功率和谐波功率)出发,提出另一种电流源和电流源并联的控制方式,即双电流源控制方案。2100433B

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