一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法技术

本发明专利技术涉及一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法，该方法包括以下步骤：⑴采用三相三线制的UPQC拓扑结构图建立同步旋转坐标系下的数学模型；⑵UPQC双闭环电压控制：以串联型三相变流电路作为电压源，输出与负载电压和电网电压差值大小相等方向相反的补偿电压，经双闭环PI控制获得正弦负载电压：⑶以并联型三相变流电路作为电流源，输出与电网电流和负载电流差值大小相等方向相反的补偿电流；⑷设计电流环PI，同时，加入零阶保持器；⑸设计重复控制器：建立重复控制器的传递函数；⑹结合PI控制内环和重复控制器外环，进行复合协调控制，跟踪电流补偿指令，输出补偿电流，间接控制电网输入电流为正弦电流。本发明专利技术可有效改善跟踪能力、补偿性能。

【技术实现步骤摘要】
一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法
本专利技术涉及电能质量分析与控制领域，尤其涉及一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法。
技术介绍
近年来，随着社会经济的快速发展，大量的电力电子设备被广泛应用在各行各业中，这些电力电子设备的运行给电网造成很大的污染，影响公共电网的电能质量。因电网和用户之间的相互影响，电压质量和电流质量同时出现，单一的电能质量调节装置难以解决供电方和用电方对电能质量提出的新要求。统一电能质量调节器(UPQC)作为一种新型的电能质量补偿装置，同时进行多重电能质量调节，对供电端的电网电压进行电压补偿，补偿电压跌落、电压不平衡、谐波电压等电压质量问题。使得负载电压是与电网电压同相位的标准正弦波。对用电端的负载电流进行电流补偿。补偿谐波电流、无功电流等电流质量问题，使得电网电流是与电网电压同相位的正弦波电流，综合改善电能质量。目前国内外对UPQC的控制方法的研究主要集中在：双环控制；H∞控制；模型预测控制等控制方法。双环控制在该领域中应用广泛，但由于PI控制跟踪能力差，补偿精度不高，无法精确跟踪UPQC补偿指令。重复控制器可提高系统的稳态性能，但其动态性能较差。针对上述控制缺陷，专利技术出一种新的双环控制策略，PI控制内环、重复控制器外环的UPQC并联侧双环复合控制策略。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种有效改善跟踪能力、补偿性能的统一电能质量调节器的双环复合控制方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法，包括以下步骤：⑴采用三相三线制的UPQC拓扑结构图建立同步旋转坐标系下的数学模型；其中串联型三相变流电路数学模型为，，并联型三相变流电路数学模型为，式中：是相对直流侧的等效输出增益，和是在同步旋转坐标系下串联侧的电感电流，和为同步旋转坐标系下的补偿电压，为串联侧耦合电感的串联电阻，为d轴输入电流分量，为串联侧q轴的电容电流分量，为串联侧补偿电感，为UPQC直流侧电压，为串联侧d轴的电容电流分量，为q轴的补偿电流分量，为串联滤波电容，为滤波器上q轴的电容电压，为滤波器上d轴的电容电压，和是同步旋转坐标系d轴和q轴上的补偿电流，和为同步旋转坐标系下的负载侧电压，为并联侧耦合电感的串联电阻，为并联侧补偿电感；⑵UPQC双闭环电压控制：以所述串联型三相变流电路作为电压源，输出与负载电压和电网电压差值大小相等方向相反的补偿电压，式中为负载电压，为电网电压，为ABC三相所在相组；然后补偿电网电压中的谐波电压和负序、零序分量，得到与电网电压基波正序分量同相位的正弦波负载电压；最后使用双闭环PI控制，跟踪补偿电压指令，并运用空间矢量调制得到控制触发脉冲信号，输出电压补偿量间接控制补偿电网电压获得正弦负载电压：式中：为串联侧电压环的d轴电压指令，为串联侧电压环的q轴电压指令，为补偿电压d轴分量，为补偿电压q轴分量，为d轴上电压环的积分系数，为q轴上电压环的积分系数，为d轴上电流环的积分系数，为q轴上电流环的积分系数，为d轴上电流环的比例系数，为q轴上电流环的比例系数，为d轴上电压环的比例系数，为q轴上电压环的比例系数；⑶以所述并联型三相变流电路作为电流源，输出与电网电流和负载电流差值大小相等方向相反的补偿电流，式中为电网输入电流，为负载电流，为abc三相所在相；⑷设计电流环PI：根据UPQC并联侧的被控对象在s域的传递函数，得到UPQC单闭环PI电流控制的闭环传递函数：式中：为d，q轴上PI控制器的比例系数，为d，q轴上PI控制器的积分系数；同时，加入零阶保持器，其传递函数为：；⑸设计重复控制器：建立重复控制器的传递函数：；其中，；式中：表示重复控制器内膜；表示补偿器；为周期性延迟环节；为衰减滤波器；是重复控制器增益系数；表示超前环节，用于相位补偿，一般选取；为低通滤波器；⑹结合PI控制内环和重复控制器外环，进行复合协调控制，跟踪电流补偿指令，输出补偿电流，间接控制电网输入电流为正弦电流。所述步骤⑴中的三相三线制的UPQC拓扑结构图由一个串联型三相变流电路和一个并联型三相变流电路共用一个直流侧电容组成；其中所述串联型三相变流电路通过耦合变压器串联接在负载与电网之间；所述并联型三相变流电路并联在非线性负载上。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用PI控制内环、重复控制器外环的UPQC并联侧双环复合控制策略，降低了UPQC并联侧的跟踪误差，改善了PI控制的稳态性能较差的缺陷。同时，本专利技术利用指令电流前馈控制，提高UPQC的并联侧系统动态响应速度，增强系统的抗干扰性能。2、本专利技术通过理论和仿真证明了双环复合电流控制的UPQC并联侧跟踪误差明显小于单闭环PI控制时的跟踪误差，其跟踪精度明显优于单闭环PI的跟踪精度，因而本专利技术具有有效性和可行性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术的三相三线制的UPQC拓扑结构图。图2为本专利技术UPQC在dq轴下的串联型三相变流电路电压控制结构框图。图3为本专利技术同步旋转坐标系下并联型三相变流电路电流环控制框图。图4为本专利技术UPQC并联侧电流环dq轴独立控制框图。图5为本专利技术加入延时一拍和零阶保持器的d轴控制系统结构框图。图6为本专利技术离散化控制系统的结构框图。图7为本专利技术UPQC并联侧单一PI控制离散系统的频率特性曲线图。图8为本专利技术重复控制系统结构框图。图9为本专利技术的双环复合控制策略框图。图10为本专利技术含谐波的三相负载UPQC的负载电压（）和电网电压（）。图11为本专利技术含谐波的三相负载UPQC的串联补偿电压（）。图12为本专利技术UPQC三相负载电流（）和电网输入电流（）。图13为本专利技术补偿电流（）。图14为采用本专利技术双环复合控制的补偿电流跟踪波形图。图15为PI控制与本专利技术复合双环控制补偿效果对比图。a：PI控制下UPQC补偿A相电流补偿波形；b：本专利技术复合双环控制下UPQC补偿A相电流波形。具体实施方式一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法，包括以下步骤：⑴如图1所示三相三线制的UPQC拓扑结构图由一个串联型三相变流电路和一个并联型三相变流电路共用一个直流侧电容组成；其中串联型三相变流电路通过耦合变压器串联接在负载与电网之间，起着补偿电网中畸变电压和调节负载电压幅值的作用，给负载供给三相平衡的正弦电压。并联型三相变流电路并联在非线性负载上，主要用来补偿非线性负载接入电网引起的谐波电流和无功电流，并维持直流侧电容电压稳定，保证电网输入电流是三相平衡正弦电流。根据基尔霍夫定律，采用三相三线制的UPQC拓扑结构图建立同步旋转坐标系下的数学模型；其中串联型三相变流电路数学模型为，，并联型三相变流电路数学模型为，式中：是相对直流侧的等效输出增益，和是在同步旋转坐标系下串联侧的电感电流，和为同步旋转坐标系下的补偿电压，为串联侧耦合电感的串联电阻，为d轴输入电流分量，为串联侧q轴的电容电流分量，为串联侧补偿电感，为UPQC直流侧电压，为串联侧d轴的电容电流分量，为q轴的补偿电流分量，为串联滤波电容，为滤波器上q轴的电容电压，为滤波器上d轴的电容电压，和是同步旋转坐标系d轴和q轴上的补偿电流，和为同步旋转坐标系下的负载侧电压，为并联侧耦合电感的串联电阻，为并联侧补偿电感。⑵如图2所示设计UPQC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法，包括以下步骤：⑴采用三相三线制的UPQC拓扑结构图建立同步旋转坐标系下的数学模型；其中串联型三相变流电路数学模型为

【技术特征摘要】
1.一种统一电能质量调节器的双环复合控制方法，包括以下步骤：⑴采用三相三线制的UPQC拓扑结构图建立同步旋转坐标系下的数学模型；其中串联型三相变流电路数学模型为，，并联型三相变流电路数学模型为，式中：是相对直流侧的等效输出增益，和是在同步旋转坐标系下串联侧的电感电流，和为同步旋转坐标系下的补偿电压，为串联侧耦合电感的串联电阻，为d轴输入电流分量，为串联侧q轴的电容电流分量，为串联侧补偿电感，为UPQC直流侧电压，为串联侧d轴的电容电流分量，为q轴的补偿电流分量，为串联滤波电容，为滤波器上q轴的电容电压，为滤波器上d轴的电容电压，和是同步旋转坐标系d轴和q轴上的补偿电流，和为同步旋转坐标系下的负载侧电压，为并联侧耦合电感的串联电阻，为并联侧补偿电感；⑵UPQC双闭环电压控制：以所述串联型三相变流电路作为电压源，输出与负载电压和电网电压差值大小相等方向相反的补偿电压，式中为负载电压，为电网电压，为ABC三相所在相组；然后补偿电网电压中的谐波电压和负序、零序分量，得到与电网电压基波正序分量同相位的正弦波负载电压；最后使用双闭环PI控制，跟踪补偿电压指令，并运用空间矢量调制得到控制触发脉冲信号，输出电压补偿量间接控制补偿电网电压获得正弦负载电压：式中：为串联侧电压环的d轴电压指令，为串联侧电压环的q轴电压指令，为补偿电压d轴分量，为补偿电压q轴分量，为d轴上电压环...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，齐养梓，裴喜平，李恒杰，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62