统一电能质量调节器及其无源控制

电力电子新技术系列图书序言

前言

第1章绪论

1.1电能质量

1.1.1电能质量及其分类

1.1.2电能质量标准

1.1.3引起电能质量变化的原因

1.2电能质量控制技术

1.2.1无功补偿器

1.2.2动态电压恢复器

1.2.3有源电力滤波器

1.3统一电能质量调节器

1.3.1UPQC的基本拓扑结构

1.3.2UPQC的基本原理

第2章UPQC拓扑结构与工作原理

2.1UPQC分类

2.1.1按逆变器类型分类

2.1.2按电源系统分类

2.1.3按逆变器位置分类

2.1.4按补偿方式分类

2.2UPQC拓扑结构

2.2.1单相UPQC拓扑结构

2.2.2三相UPQC拓扑结构

2.2.3不同系统结构的UPQC

2.3UPQC工作原理

2.3.1UPQCP的工作原理

2.3.2UPQCQ的工作原理

2.3.3UPQCVAmin的工作原理

2.3.4UPQCS的工作原理

2.4UPQC功率特性

2.4.1UPQC功率描述

2.4.2UPQC功率流动分析

2.5其他类型UPQC拓扑结构及工作原理

2.5.1九开关UPQC拓扑结构及工作原理

2.5.2十开关UPQC拓扑结构及工作原理

2.5.3无串联变压器UPQC拓扑结构及工作原理

第3章UPQC补偿量检测方法

3.1补偿量检测研究概述

3.1.1补偿量检测方法

3.1.2基于瞬时无功功率理论的补偿量检测方法

3.2补偿量检测原理

3.2.1基于瞬时无功功率理论的补偿量检测原理

3.2.2ip-iq检测法原理

3.2.3dq0检测法原理

3.3常用补偿量检测方法

3.3.1自适应检测方法

3.3.2基于神经元网络的检测方法

3.3.3基于小波变换的检测方法

3.3.4基于FBD的检测方法

3.3.5SRF谐波检测法

3.4其他补偿量检测方法

3.4.1三相电压不对称时谐波和无功电流的准确检测

3.4.2电压畸变和不平衡状态下无锁相环检测方法

3.4.3基于空间矢量的基波正负序及谐波分量实时检测方法

第4章UPQC逆变器PWM算法

4.1三相两电平电压型PWM逆变器SVPWM算法

4.1.1电压型PWM逆变器空间矢量描述

4.1.2电压型PWM逆变器SVPWM算法

4.2三相三电平电压型PWM逆变器SVPWM算法

4.2.1三电平T-NPC型电压型PWM逆变器工作原理

4.2.2三电平T-NPC型电压型PWM逆变器SVPWM算法

4.3九开关逆变器运行模式及调制算法

4.3.1九开关逆变器运行模式

4.3.2九开关逆变器调制算法

4.4模块化多电平逆变器PWM算法

4.4.1模块化多电平逆变器PWM算法概述

4.4.2模块化多电平逆变器CPSPWM算法

4.4.3模块化多电平逆变器LSCPWM算法

第5章UPQC时域无源控制

5.1UPQC控制概述

5.1.1间接控制

5.1.2直接控制

5.1.3UPQC控制策略分析

5.1.4UPQC控制策略研究趋势

5.2无源控制基础

5.2.1稳定性概念

5.2.2系统的无源性

5.2.3基于EL模型的系统无源控制器

5.2.4基于PCHD模型的系统无源控制器

5.3两电平UPQC无源混合控制

5.3.1UPQC基本数学模型

5.3.2基于EL模型的UPQC无源混合控制

5.3.3基于PCHD模型的UPQC无源混合控制

5.4三电平UPQC无源混合控制

5.4.1三电平UPQC基本数学模型

5.4.2基于EL模型的三电平UPQC无源混合控制

5.4.3基于PCHD模型的三电平UPQC无源混合控制

5.5五电平MMIUPQC无源控制

5.5.1五电平MMIUPQC拓扑结构

5.5.2五电平MMIUPQC数学模型

5.5.3五电平MMIUPQC无源混合控制

5.6带有光伏储能的MMIUPQC无源控制

5.6.1带PV储能型MMIUPQC的拓扑结构

5.6.2基于PCHD模型的带PV储能型MMIUPQC的无源控制

5.6.3基于中断补偿及子模块预充电控制

5.6.4仿真研究

第6章UPQC多频无源控制

6.1基于傅里叶级数的UPQC数学模型

6.1.1傅里叶级数

6.1.2UPQC数学模型

6.2UPQC多频无源控制

6.2.1并联逆变器的多频无源控制器

6.2.2串联逆变器的多频无源控制器

6.3UPQC多频无源控制实验研究

6.3.1UPQC实验平台及参数

6.3.2并联逆变器实验研究

6.3.3串联逆变器实验研究

6.3.4UPQC综合实验

参考文献2100433B

本书系统地论述了统一电能质量调节器（UPQC）的结构、原理及无源控制策略。本书分为6章。第1章介绍了电能质量的概念、标准及控制技术；第2章论述了UPQC的分类、拓扑结构、工作原理及其功率流动特性；第3章论述了UPQC补偿量检测原理及检测方法；第4章论述了UPQC两电平、三电平、九开关及模块化多电平逆变器的PWM算法；第5章首先论述了UPQC控制策略概况、无源控制基础，之后基于EL或PCHD模型研究了两电平、三电平及模块化多电平UPQC无源控制策略；第6章首先建立了基于傅里叶级数的UPQC数学模型，之后进行了UPQC多频无源控制理论与实验研究。

励磁调节器可以分为半导体模拟式励磁调节器、微机(含 可编程控制器)数字式励磁调节器和混合式微机(含可编程控制器)模拟式励磁调节器等三大类。各类的框图如图1。

• 半导体励磁调节器

半导体励磁调节器由基本单元和辅助单元两大部分组成，其方框图见图2。

• 微机数字式励磁调节器

微机(含可编程控制器)数字式励磁调节器由硬件和软件两大部分组成。

(1)硬件包括主机和外围设备(接口电路，模拟量、数字量和开关量的输入输出通 道和电源等)。如果是双微机、双通道，则还包括双机检测切换及其通信连线。

(2)软件包括系统软件和应用软件两部分。系统软件主要实现对程序的编写、调 试、修改和运行监控等功能。它包括操作系统、编译程序、调试程序和监控程序等。编 程，过去采用汇编，现在多用C语言; 可编程控制器励磁调节器则采用梯形图编程。 系统软件由微机生产厂配套提供。应用软件可分为主程序和调节控制程序。

• 混合式励磁调节器

混合式励磁调节器包括微机—模拟型和可编程控制器—模拟型两种，价格比较便宜，适用于老厂技术改造。

随着信息产业、高新技术产业的飞速发展以及传统行业采用计算机管理和先进控制技术的应用，电力用户中，对电能质量敏感的负荷所占比重越来越大，现代数字信息社会对供电可靠性及个性化电能质量的需求有了更高要求。这就意味着信息社会不仅依赖于电力，而且更需要新的特殊性的电力供应。这种要求首先在经济发达国家受到关注。美国电力科学研究院(EPRI)的Narain G. Hingorani博士于1988年首先提出了“Custom Power'，的新概念及其新技术，1996年日本北海道大学和茨城大学共同提出了FRIENDS供电技术新概念并将电能质量分成3个等级。这实质就是将计算机技术、现代控制理论和现代电力电子技术应用于配电系统，构成能够提供优质电力和其它不同质量电力的配电系统以适应不同用户的不同要求，称其为柔性配电系统。这是信息社会和电力市场发展对电能质量的新要求，也正是下一代配电系统的发展方向。因此，对柔性配电新技术中的关键设备—统一电能质量控制器UPQC (Unified Power Quality Controller)的研究有着非常重要的意义 。

用户电力(Custom Power)新技术主要是指利用GTO, IGBT, IGCT等大功率电力电子器件组成控制设备，向用户提供增值的、高可靠的、高质量的电力，提高供电可靠性(减少断电次数等)，保证功率流质量 。这些设备包括:有源电力滤波器APF、静止无功发生器STATCOM、静止无功补偿器SVC、动态电压恢复器DVR、动态不间断电源DUPS、蓄电池储能系统BESS和固态断路器SSB等。集以上串联型和并联型装置的多重功能于一体的统一电能质量控制器UPQC是研究的热点。统一电能质量控制器UPQC与统一潮流控制器UPFC具有相似的拓扑电路结构，其并联部分具有STATCOM, APF等功能，其串联部分具有DVR, DUPS等功能，通过多目标协调控制实现如下多重功能:①电压控制(电压跌落、电压畸变补偿等)，②有功、无功动态调节，③有源滤波，④平衡化补偿，⑤不间断供电，⑥储能。