统一电能质量控制器的研究

崔娇

[摘 要]本论文提出了一种新型结构的单相统一电能质量控制器（UPQC），其可对来自电网侧和负载侧的多种电能质量问题进行补偿。论文首先介绍了新型单相统一电能质量控制器的拓扑结构和基本工作原理，接着详细介绍了负载侧和电网侧的拓扑结构和电压稳定的控制算法，。论文使用MATLAB/Simulink进行系统建模仿真，结果证实所提出的拓扑结构和相应的控制算法是有效的。

[关键词]单相UPQC；控制算法；仿真

中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0262-02

1引言

本文提出了一种新型单相UPQC的拓扑结构，不需要用变压器，具有结构简单，成本低等优点，并针对这种拓扑结构也提出了相应的控制算法。论文首先介绍新型单相UPQC的拓扑和基本工作原理，接着，详细介绍新型单相UPQC负载侧的拓扑结构和与之相对应的控制算法，随后，介绍新型单相UPQC电网侧的结构和控制算法，并分别对负载侧和电网侧进行建模仿真。结果表明本文提出的拓扑和相应的控制算法相结合，具有较好的补偿特性，能够同时解决配电系统中典型的电能质量问题。

2新型单相UPQC的拓扑结构和工作原理

本文提出的新型单相统一电能质量控制器UPQC的基本拓扑如图1所示

图1所示的拓扑结构中，两个半桥逆变器的直流侧通过共同母线电容连接起来，电网侧部分经输入滤波器接入电网侧，主要用来补偿电流质量问题；负载侧部分中逆变器和开关K1协调工作，经输出滤波器接入负载侧，主要是用来调制电压暂降和暂升等典型的电压电能质量问题。

3新型单相UPQC负载侧控制策略

新型单相UPQC负载侧的拓扑结构如图2所示

工作原理分析：

工作模态1：输入为额定电压（纯净正弦波），K1闭合，逆变桥K2，K3断开，由输入直接给负载供电，输出为纯净的正弦波。

工作模态2：输入电压低于额定电压时，正半周时，逆变桥的K3管断开，K2管和K1互补开通，负半周时，逆变桥的K2管断开，K3管和K1互补开通。

工作模态3：输入电压高于额定电压时，逆变桥的K2管断开，K3管和K1互补开通，负半周时，逆变桥的K3管断开，K2管和K1互补开通。

这部分具有消除电压暂降、暂升等功能。由上面的工作原理分析可得负载部分逆变器和开关K1的调制波形如图3所示。

在一个周期内，电网电压的基波成分是电网实际电压和逆变器输出电压两者之和滤波得到的。根据伏秒平衡原理可以得到：

假设：标准正弦电压为：

电网的实际电压为：

逆变器直流侧的电压为：

开关K1的占空比为D，因为逆变器和K1是互补导通的，则逆变器的占空比为1-D，K1和逆变器协调调制后输出的基波应该和标准正弦电压相等，开关K1和逆变器协调调制后的波形如图3所示。

于是得到：（正半周为正，负半周为负）

（3）

则得到 （4）

得到开关K1的占空比D以后，再和三角波进行比较就能得到开关K1的PWM波，对其进行取反就能得到逆变器的PWM波，由此得到负载侧的控制框图如图4所示。

根据控制原理框图得到负载侧的控制原理图如图5所示。

4新型单相UPQC电网侧控制策略

电网侧逆变器经输入滤波器接入电网侧，用来补偿无功、谐波、不平衡电流，电网侧的主电路基本拓扑结构采用的是半桥结构，如图6（a）所示

电网侧部分工作原理如图6（b）所示：有源电力滤波器通过检测电路检测出负载电流的谐波分量为，将其作为指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic与负载电流中的谐波成分大小相等、方向相反，所以两者相互抵消，使得电源电流中只含基波，不含谐波[5-8]。

对于新型单相UPQC电网侧部分，论文先是采用负载电流基波有功分量法（检测原理如图7所示），把谐波电流提取出来作为指令信号，再通过滞环比较控制方式（如图8所示）来控制逆变器输出补偿信号进行补偿。

5结论

本文提出的一种新型单相UPQC的拓扑结构，此结构不需要使用变压器，在主电路中加入一个开关，结构简单，成本较低。根据所提出的拓扑结构，本文也提出了相应的控制算法。通过对新型单相UPQC负载侧的建模仿真，结果证实本文提出的拓扑结构和相应的控制算法针对电网电压暂降时的调制效果是良好的，和预期的一样，所提出的拓扑结构和控制算法是有效的；对新型单相UPQC电网侧的建模仿真，结果证实了电网侧能很好地补偿典型电流质量问题。