统一电能质量调节器控制策略的研究

论文摘要

随着科学技术的发展和社会生产生活的不断进步,电力系统网络规模日益扩大、负荷的构成越来越复杂,人们对电能质量的要求也随之越来越高。统一电能质量调节器(UPQC)是一种改善电能质量的有效手段,它集电压型补偿装置、电流型补偿装置和储能装置于一体,能够实现多种电能质量指标的调节。目前,我国对统一电能质量调节器的研究尚处于试验阶段,暂时还没有成熟的产品投入使用,因此对它的研究具有重要意义。本文根据统一电能质量调节器的拓扑结构和基本工作原理,主要针对其补偿量检测方法和控制策略进行了较为深入的研究。首先,根据现有检测方法的不足,提出了一种基于Park变换的UPQC电压电流综合检测方法。该方法能够在三相电网参数不对称且发生畸变的情况下快速准确地检测出基波分量,同时该检测方法无须对三相电压进行锁相并且未使用带通滤波,避免了由此带来的检测误差。在Matlab/Simulink环境下进行建模仿真,验证了所提方法的有效性。其次,在深入了解UPQC基本工作原理和控制方式的基础上,尝试在其直流侧电压控制环节和补偿量跟踪控制环节中引入模糊PID控制。该方法不依赖于系统的精确模型,将待控制量的误差及其变化率作为输入,根据控制要求建立模糊规则,实时输出比例、积分、微分系数的修正量,从而改善控制效果。仿真结果表明,所设计的带有参数调整功能的模糊PID控制器与单纯的PID调节相比具有明显优势。最后,由UPQC的拓扑结构建立其连续的状态空间平均模型。根据装置的实际运行情况,并充分考虑串、并联部分之间的相互影响,提出了一种UPQC的协调控制方案,即串联部分采用模糊PID控制,并联部分采用线性二次型最优控制。该方法能够避免由于系统自身参数变化或负荷突变对补偿效果的影响。仿真中模拟了电压跌落和负荷突变,结果表明该控制方案是可行有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 电能质量问题
• 1.1.2 电能质量问题的解决办法
• 1.2 UPQC 的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 统一电能质量调节器补偿量检测方法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于瞬时无功功率理论的检测方法
• 2.2.1 现有的谐波分量检测方法
• 2.2.2 三相电路瞬时无功功率理论
• 2.2.3 基于瞬时无功功率理论的检测方法
• 2.3 基于Park 变换的UPQC 补偿量检测
• 2.4 仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 统一电能质量调节器的模糊PID 控制
• 3.1 引言
• 3.2 UPQC 的工作原理
• 3.2.1 UPQC 功率流动分析
• 3.2.2 UPQC 的基本控制原理
• 3.3 UPQC 的模糊PID 控制器设计
• 3.3.1 模糊控制概述
• 3.3.2 UPQC 的模糊PID 控制器设计
• 3.4 UPQC 主要参数设计
• 3.5 仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 统一电能质量调节器串-并联部分的协调控制
• 4.1 引言
• 4.2 UPQC 的状态空间描述
• 4.3 UPQC 串-并联部分的线性最优协调控制策略
• 4.3.1 线性最优控制原理
• 4.3.2 UPQC 最优控制系统的设计
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢