统一电能质量控制器中串联变流器的研究

论文摘要

随着配电系统中各类非线性负荷的不断增加,特别是电力电子器件的广泛应用,系统中电能质量日益恶化;另一方面,越来越多的用户对电能质量提出了更高的要求,提高配电系统的电能质量已经倍受关注。在配电系统中的公共连接点安装统一电能质量控制器(UPQC),既可提高供电系统的电压质量和供电可靠性,又能抑制负载引起的各种电能质量问题向电网侧扩散,可以保证敏感负载获得高质量的电能供应,同时也提高和改善了配电系统的电能质量。文章以校“十五”专项科技基金课题“柔性供配电系统(配电FACTS,FACDS)”为研究背景,重点对用于配电系统的三相四线制统一电能质量控制器中的串联部分进行了理论研究和实验装置的研制,搭建了统一电能质量控制器的硬件平台,文中所设计的装置容量为10kVA。文章研究了统一电能质量控制器的拓扑结构与控制方法,分析了统一电能质量控制器对配电系统电压和负载电流的补偿原理,对统一电能质量控制器中的并联部分和串联部分的功能进行了分解,在此基础上建立了统一电能质量控制器中串联部分的数学模型。文中重点研究了统一电能质量控制器装置中串联部分的畸变电压检测方法以及系统的控制策略,采用了基于Park变换的电压畸变量检测方法,该种方法可以对电网电压的畸变进行小延时的检测,并且不需要通过硬件电路来获得电网电压的相位信息。文中对不同的PWM控制方式的优缺点进行了比较,采用了三角波比较法。文中采用MATLAB仿真软件搭建了三相四线制串联补偿系统的仿真模型,对不同的配电系统电压问题进行了仿真分析,证明了本检测方法的可行性。文章完成了统一电能质量控制器主电路的设计,并结合Pspice电路仿真工具对电路的参数进行了优化选择。设计了基于DSP TMS320F2812的全数字化控制系统,完成了串联部分的硬件电路设计与调试。文中采用C语言编写了相应的控制软件并对程序进行了优化,使程序能够在规定的时间内完成相应的检测和计算任务,以保证装置的运行稳定性和可靠性。最后文章对系统进行了实验研究,给出了实验波形,对实验结果进行了分析。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 电能质量的一些基本问题
• 1.2 电能质量问题的解决办法
• 1.3 FACDS技术的新进展
• 1.4 本文主要工作
• 2 统一电能质量控制器（UPQC）的研究现状
• 2.1 UPQC的拓扑结构
• 2.1.1 UPQC与无源谐振滤波器的联合运行
• 2.1.2 UPQC与晶闸管开关电容器的联合运行
• 2.2 UPQC的检测算法
• 2.3 UPQC的控制策略和控制模式
• 2.4 本章小结
• 3 统一电能质量控制器中串并联变流器的功能分析
• 3.1 并联型有源电力滤波器
• 3.1.1 并联型有源电力滤波器的基本电路结构
• 3.1.2 无功功率和不平衡电流的补偿
• 3.1.3 谐波补偿模型
• 3.1.4 直流侧电容电压的控制
• 3.2 串联型有源电力滤波器的基本原理
• 3.2.1 串联型有源电力滤波器的基本电路结构
• 3.2.2 对电网电压的补偿
• 3.3 本章小结
• 4 统一电能质量控制器中的串联变流器研究
• 4.1 串联变流器的数学模型
• 4.2 串联变流器的检测方法
• 4.3 瞬时无功功率理论概述
• 4.3.1 解析Akagi H.的瞬时无功功率理论
• 4.3.2 基于Park变换的三相电路电压检测算法
• 4.3.3 基于Park变换的三相电路电压检测算法仿真
• 4.4 串联变流器的控制方法
• 4.5 串联变流器的输出电压跟踪控制方法
• 4.6 串联变流器的控制策略
• 4.7 串联变流器系统的仿真
• 4.8 本章小结
• 5 实验装置的研制
• 5.1 实验装置主电路的设计
• 5.1.1 IGBT器件介绍
• 5.1.2 三菱1200V IPM PS22056的应用
• 5.1.3 PS22056外围电路元件参数选择
• 5.1.4 滤波器的参数计算
• 5.1.5 变压器的参数计算
• 5.2 采集电路的设计
• 5.2.1 传感器的选择
• 5.2.2 输入滤波器的设计
• 5.2.3 频率检测电路的设计
• 5.2.4 A/D输入的电平调整电路
• 5.3 控制系统的设计
• 5.3.1 TMS320F2812 DSP功能简介
• 5.3.2 DSP系统电路
• 5.4 串联部分软件的设计
• 5.4.1 中断控制总程序流程
• 5.4.2 补偿电压检测发生程序实现流程
• 5.5 实验结果分析
• 5.5.1 实验系统的结构与参数
• 5.5.2 实验波形采集与分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集