電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的設(shè)計與實現(xiàn)

PAGEPAGE77摘 要隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量成為電力系統(tǒng)、電力用戶、電力設(shè)備生產(chǎn)商等各個方面共同關(guān)心的問題。基于電力電子技術(shù)面向配電系統(tǒng)的FACTS技術(shù)（DFACTS）——用戶電力技術(shù)（CUSPOW）成為解決電能質(zhì)量問題有效手段。本文主要內(nèi)容是關(guān)于三相四線制電能質(zhì)量控制器（UPQC）系統(tǒng)的串聯(lián)變流器的研究，進行了以下研究工作。首先，根據(jù)電能質(zhì)量控制器系統(tǒng)的功率電路及功能要求，分析了其工作原理，并且選擇三相四線制的UPQC系統(tǒng)作為研究對象。其次，分別在靜止ABC及空間旋轉(zhuǎn)dq0坐標系下建立了電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的數(shù)學模型，指出三相四線制的串聯(lián)變流器在三相坐標系下的獨立性以及dq0坐標系下0軸獨立于dq軸的特性。討論了串聯(lián)變流器在理想電網(wǎng)電壓下的控制及非理想電網(wǎng)電壓下的控制問題。為抑制電網(wǎng)電壓不平衡及諧波的影響，提出了兩種有效的控制策略：三相ABC獨立控制、基于SFR的dq0軸控制。介紹了一種基于MATLABSIMULINK仿真環(huán)境的電路模型仿真技術(shù)，并通過仿真驗證以上控制方案的有效性。最后，給出10kVA三相四線制UPQC串聯(lián)變流器實驗裝置的硬件電路設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計，分別對串聯(lián)變流器單獨運行和串聯(lián)變流器在UPQC系統(tǒng)中運行的各種工況下的運行進行了實驗研究。驗證了統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的串聯(lián)變流器改善電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量有效性。關(guān)鍵詞：統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)串聯(lián)變流器ABC獨立控制dq0軸控制AbstractPAGEPAGE77Withthedevelopmentofmordenscienceandindusty,powersystem、customer、powerfacilityproducerareallconcernedwiththepowerqualityproblem.DFACTSsystem,whichisbasedonthetechnologyofpowerelectronicsforpowerdistributionareahasbecomeaneffectivemeasuretosolvepowerqualityproblem.TheseriesconverterofathreephasefourwireUPQCsystemisstudiedinthisthesis,themaincontentofthispaperaslistedbelow.Firstly,basedonthepowercircuitandsystemperformanceoftheseriesconverterofUPQC,theoperationprincipleofthesystemisanalyzed.Then,accordingthedemandofthispaper,threephasefourwireUPQCsystemischosedasthestudyobject.Secondly,themathematicalmodelsofseriesconverterofUPQCareestablishedinABCframeanddq0frame.Themodelsshowthateachphaseofthethree-phasefour-wireseriesconverterisindividualinABCframeand0axisisindependentofdqaxisinsynchronousframe.Thecontrolstrategiesforseriesconverterarediscussedwithidealornon-idealinputvoltage.Forsuppressingtheinfluencesofnon-idealinputvoltage,threeeffectivecontrolmethodsareintroduced.Thefirstisthree-phaseABCindividualcontrol,thesecondisdq0axiscontrol,thethirdistheharmonicofinputvoltageforwardfeedbackcontrol.BasedonMATLABSIMULINKenvironment,acircuitmodelingsimulatingmethodisintroduced.Finally,Finally,a10kVApowercircuitoftheseriesconverterofthethree-phasefour-wireUPQCanditscoordinatedcontrolsystembasedonDSPisdesigned.AlargenumberofexperimentalresultsareobtainedwhentheseriesconverteroperatebyitselfandintheUPQCsystem,theresultsprovethattheseriesconvertercaneffectivelyimprovethecurrentqualityofpowersystem.Keywords:threephasefourwireunifiedpowerqualityconditioner(UPQC)Seriesconverterthree-phaseABCindividualcontroldq0axiscontrolPAGEPAGE77目錄摘要………………….…...=1\*ROMANIABSTRACT……………..=3\*ROMANII1緒論1.1電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用…….11.2電能質(zhì)量控制……………….…………………..…..31.3用于電能質(zhì)量控制的用戶電力技術(shù)…………….….…31.4本課題研究的必要性和研究內(nèi)容……82統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）的工作原理2.1UPQC系統(tǒng)主電路………………….……92.2UPQC系統(tǒng)的工作原理………………….102.3UPQC系統(tǒng)的等效電路模型……...…………..…….…..132.4UPQC系統(tǒng)的控制方案….……………….153串聯(lián)變流器的控制和仿真3.1串聯(lián)變流器的數(shù)學模型………………..173.2理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制…….……………223.3非理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制………………...283.4鎖相環(huán)…….…………..323.5串聯(lián)變流器控制仿真建模和仿真分析….………………334串聯(lián)變流器設(shè)計及其控制方案的實現(xiàn)4.1串聯(lián)變流器主電路的設(shè)計……………..454.2串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計………………..504.3串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計………………….….565實驗結(jié)果和全文總結(jié)5.1單獨工作的串聯(lián)變流器實驗結(jié)果分析…………….….615.2串聯(lián)變流器在UPQC系統(tǒng)中實驗驗證分析……….….64PAGEPAGE775.3全文總結(jié)……….….….725.4今后工作展望………………….….….73致謝………………………..74參考文獻…………………..75附錄1攻讀碩士學位期間公開發(fā)表論文……..………………78PAGEPAGE771緒論1.1電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用電力電子技術(shù)是使用電力半導體器件及電子技術(shù)對電能進行變換和控制的技術(shù)【1】。它以實現(xiàn)“高效率用電和高品質(zhì)用電”為目標【2】，是一門綜合電力半導體器件、電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)等許多學科的交叉學科。由于電力電子技術(shù)不僅可以對電能使用形式進行靈活多樣的變換，還可以對電壓、電流、頻率、相位、和波形等基本參數(shù)做出精確的控制和高效的處理，使其本身成為一門高新技術(shù)，同時又是其它高技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應用的一個重要領(lǐng)域。近年來電力開關(guān)器件和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使已有研究成果的技術(shù)和經(jīng)濟可行性不斷得到改善。電力電子設(shè)備和系統(tǒng)逐步應用于電力系統(tǒng)的控制，大幅度提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用貫穿發(fā)電、輸電、配電和用電全過程。1.1.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應用以改善這些設(shè)備的運行特性為主要目的。主要應用形式有：（1）大型發(fā)電機的靜止勵磁控制。（2）水力、風力發(fā)電機的變速恒頻勵磁。（3）發(fā)電廠風機水泵的變頻調(diào)速。（4）太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。1.1.2在輸電環(huán)節(jié)中的應用電力電子技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)中最典型的應用是直流輸電（HVDC）技術(shù)和柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)。（1）直流輸電（HVDC）技術(shù)PAGEPAGE77直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。目前，全球已建成的直流輸電工程超過60項。近年來，直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調(diào)制技術(shù)進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設(shè)備，降低造價。世界上第一個采用IGBT構(gòu)成電壓源換流器的輕型直流輸電工業(yè)性試驗工程于1997年投入運行。（2）柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)N.H.Hingorani于1986年提出的FACTS技術(shù)的概念，是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實現(xiàn)對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。FACTS技術(shù)一方面是現(xiàn)代電力電子開關(guān)與電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的阻抗控制元件、功角控制元件以及電壓控制元件（如串補電容、并聯(lián)電容、并聯(lián)電抗、移相器、電氣制動電阻等）相結(jié)合的產(chǎn)物，另一方面又將電子技術(shù)引入電力系統(tǒng)，形成了以變流器為核心的新型控制設(shè)備（如靜止同步補償器(STATCOM)）,從而使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個參數(shù)：電壓、線路阻抗及功率角可以按系統(tǒng)要求迅速調(diào)整。1.1.3在配電和用電環(huán)節(jié)中的應用【3】在配電和用電環(huán)節(jié)中，配電環(huán)節(jié)解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量，用電環(huán)節(jié)在保證各種負荷的電力用戶自身用電安全可靠的條件下不產(chǎn)生對電網(wǎng)的干擾，這就是電能質(zhì)量控制技術(shù)。電源技術(shù)集中體現(xiàn)了電力電子技術(shù)在用電環(huán)節(jié)中的應用，現(xiàn)在隨著電力開關(guān)器件性能的不斷提升，各種形式的直流、交流電源給各種電力用戶帶來了巨大的方便。為了改善電力電子裝置對電網(wǎng)的干擾，功率因數(shù)校正技術(shù)得到廣泛應用，電源技術(shù)不斷向高頻化、模塊化、數(shù)字化及軟開關(guān)方向發(fā)展，電磁兼容性能也不斷提高。隨著配電系統(tǒng)中非線性、沖擊性和不平衡負荷的不斷增加,電能質(zhì)量問題日益嚴重;另外,現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)和居民用戶的用電設(shè)備對電能質(zhì)量更加敏感,對供電質(zhì)量要求更高。因此，迫切要求提高電能質(zhì)量，協(xié)調(diào)供電和用電的關(guān)系。PAGEPAGE77電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應用，即用戶電力（CustomPower）技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是現(xiàn)在最有前景的電能質(zhì)量控制新技術(shù)。1.2電能質(zhì)量控制技術(shù)電能質(zhì)量控制的研究具有巨大的經(jīng)濟和社會效益，它對于減少用電設(shè)備的故障，從而保證生產(chǎn)和生活的正常進行；對于減小電網(wǎng)內(nèi)部因電能質(zhì)量問題造成的損耗，從而提高電能的使用效率；對于供電企業(yè)樹立強烈的競爭意識，從而有力地促進電力市場的孕育與形成；對于開辟和帶動電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而推動整個電力產(chǎn)業(yè)的革新與進步都具有極其重要的意義【3】－【6】。有關(guān)電能質(zhì)量的控制技術(shù)可以分成兩大應用技術(shù)及其領(lǐng)域，一是面向輸電系統(tǒng)的柔性交流輸電技術(shù)（FACTS），二是面向配電系統(tǒng)的用戶電力技術(shù)（CUSPOW）。兩者的技術(shù)基礎(chǔ)都是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和作用上也基本相同，其差別是額定電氣值的不同，只是針對不同的需要分別應用于不同的領(lǐng)域【7】【8】。本文分析的電能質(zhì)量控制技術(shù)是面向配電系統(tǒng)的用戶電力技術(shù)（CUSPOW）。它用于解決配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電能質(zhì)量問題，如消除電壓的波動、跌落、上升、閃變、不對稱、電能的中斷、諧波及無功等，協(xié)調(diào)供電和用電之間的關(guān)系，使得電力用戶獲得滿意的供電品質(zhì)，保證電力用戶的供電可靠性。1.3用于電能質(zhì)量控制的用戶電力技術(shù)[1]【5】【6】【8】【9】隨著高科技產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，導致能源需求不斷增加。一方面使電力系統(tǒng)的容量和范圍不斷的擴大，發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)的控制更加復雜；另一方面各種沖擊性、非線性、不平衡的負載和對電能質(zhì)量敏感的電力用戶在不斷增加；要求提高電力生產(chǎn)的質(zhì)量和供電的電能質(zhì)量。在配電系統(tǒng)中用戶電力技術(shù)了可以為用戶提供高質(zhì)量、可靠的電能同時協(xié)調(diào)電網(wǎng)和用戶之間的關(guān)系使電網(wǎng)不受負載的干擾。用戶電力技術(shù)主要包括串并聯(lián)補償PAGEPAGE77的電能質(zhì)量控制技術(shù)、電力系統(tǒng)固態(tài)開關(guān)技術(shù)和超導儲能及其能量變換技術(shù)。本文主要分析幾種典型的串并聯(lián)補償?shù)碾娔苜|(zhì)量控制技術(shù)。1.3.1串聯(lián)補償型電能質(zhì)量控制器（1）動態(tài)電壓恢復器（DVR）動態(tài)電壓恢復器DVR（DynamicVoltageRestorer）的電路結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，DVR僅在電網(wǎng)電壓發(fā)生突變、偏離額定正弦電壓波形瞬時值時，變換器才輸出一定數(shù)值和波形的非周期補償電壓，串聯(lián)加入電網(wǎng)后使負載端電壓近似為額定正弦波。在任意瞬間，當電網(wǎng)電壓較正常正弦波電壓瞬時值偏高時，補償電壓為負值使負載電壓降低為正常瞬時值，反之當電網(wǎng)電壓較正常正弦波電壓瞬時值偏低時，則補償電壓為正值使負載電壓增大到正常瞬時值。DVR的引用可以有效的消除電網(wǎng)中由于電壓瞬時跌落、閃變、振蕩等引起的事故，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。為了增強對重要負載補償電壓的支持能力，可將帶升壓回路的電池組并聯(lián)在電容器上，電池組的容量應保證對電壓突變的補償作用時間和補償功率，通常所需作用時間從幾十毫秒到幾秒鐘。（2）串聯(lián)型有源電力濾波器串聯(lián)有源電力濾波器（SeriesActiveFilter）PAGEPAGE77由可控的電壓源變流器組成，通過與電網(wǎng)串聯(lián)的變壓器而與電網(wǎng)串聯(lián)連接，其電路結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。一般而言，交流發(fā)電機的空載電壓是較好的正弦波，如果負載是線性的，負載端的電壓也將保持正弦，如果負載是非線性的，由于諧波電流的影響，將使得負載端電壓非正弦。為此，串聯(lián)有源電力濾波器通過串聯(lián)變壓器PT串聯(lián)注入一個與負載端的諧波電壓大小相等、方向相反的補償電壓，從而使得接在A1、B1、C1端的其他負載的電壓是正弦波，避免了諧波電壓的危害。由于A1、B1、C1端的電壓經(jīng)補償后為正弦，而電網(wǎng)電壓也為正弦，因此電網(wǎng)輸入電流也就隨之正弦化。這意味著對于諧波電流，串聯(lián)有源電力濾波器在電網(wǎng)側(cè)具有無窮大的阻抗，因此沒有諧波電流經(jīng)負載流入電網(wǎng)，或經(jīng)電網(wǎng)流入負載。而對于基波成分，則等效為零阻抗。串聯(lián)有源電力濾波器由于通過串聯(lián)變壓器與電網(wǎng)相互作用，因此要求在電網(wǎng)輸電線路發(fā)生短路故障時具有可靠的保護。此外從控制策略角度看，電網(wǎng)電壓的補償是間接性的，而不是直接性的。1.3.2并聯(lián)補償型電能質(zhì)量控制器（1）并聯(lián)型有源電力濾波器 典型的并聯(lián)型有源電力濾波器（ShuntActiveFilter）由一個可控的電壓源變流器組成。如圖1.3所示，變流器與負載并聯(lián)地接在電網(wǎng)上，直流端包含一個電容，輸出端為濾波電感。負載電流中除了正弦基波電流外，還含有豐富的諧波電流，PAGEPAGE77，這里、分別為基波有功、無功電流。使變流器輸出一個與負載諧波電流大小相等的補償電流()，于是電網(wǎng)電流圖1.4先進的靜止VAR發(fā)生器（ASVG），電力系統(tǒng)中發(fā)電機G、變壓器PT及線路均只流過負載基波電流。若還要求補償負載電流中的無功電流，則只要令補償器輸出的電流即可，如此可以實現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)為1。從負載側(cè)看，并聯(lián)有源電力濾波器相當一個變化的阻抗，對于諧波頻率來說其阻抗為零或相當?shù)牡停鴮τ诨l率，其阻抗則無窮大。圖1.4先進的靜止VAR發(fā)生器（ASVG）雖然并聯(lián)有源電力濾波器可以實現(xiàn)對負載諧波電流和無功電流的完全補償，但也存在以下缺點：一方面由于負載直接連接到電網(wǎng)，因此依然存在電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，如：電壓畸變、跌落或上升、瞬變和不平衡等。另一方面當同時補償負載無功和諧波電流時，系統(tǒng)PWM變流器的容量要求很大，相對LC無源濾波器而言造價高。（2）靜止同步補償器先進的靜止VAR發(fā)生器（ASVG）：屬于PWM開關(guān)型無功功率發(fā)生器，其電路結(jié)構(gòu)基于三相全橋電路組成的電壓型逆變器，如圖1.4所示。對開關(guān)器件進行實時的PWM控制，使得逆變器輸出電壓與交流電網(wǎng)電壓同相，那么逆變器輸出的電流將與電網(wǎng)電壓相差，PAGEPAGE77也即逆變器只輸出無功功率。由于采用PWM控制，ASVG可以向電網(wǎng)提供實時連續(xù)的感性和容性無功功率，可使得電網(wǎng)功率因數(shù)為任意指令值，電流波形接近正弦，由于同時能調(diào)控電網(wǎng)電壓，它在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，其性能遠優(yōu)于晶閘管為基礎(chǔ)的SVC，它是電網(wǎng)無功功率補償技術(shù)的發(fā)展方向。用它可以取代早期采用旋轉(zhuǎn)式同步發(fā)電機輸出無功功率的“旋轉(zhuǎn)式同步補償機”，因此稱為靜止同步補償器（STATCOM）。1.3.3統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC【5】【6】統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC（UnifiedPowerQualityConditioner）結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)兩個有源電力濾波器，不同的是兩個變流器直流公共端并接有蓄電池，其電路結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。變流器I和變流器II都是雙向的PWM變流器，即可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。變流器I經(jīng)串聯(lián)變壓器PT1輸出補償電壓，向電網(wǎng)注入交流功率，同時變流器I也可以輸出諧波補償電壓。當變流器II工作在整流狀態(tài)對蓄電池進行充電時，也可以同時向電網(wǎng)輸出滯后的或超前的無功功率，還可以輸出諧波補償電流。當電網(wǎng)掉電時，蓄電池對變流器II供電，變流器II工作在逆變狀態(tài)，向負載提供工作電壓，確保負載的不間斷供電（UPS），保證了重要用戶的供電可靠性。PAGEPAGE77UPQC有兩類應用場合，一類是應用于配電系統(tǒng)和工業(yè)電力系統(tǒng)之間的通用補償器，要求的容量較大。另一類是相對容量較小，特別應用于對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量要求高的電力用戶。不管那種場合，UPQC可以有效的滿足電力用戶的電能質(zhì)量要求，即可消除電網(wǎng)諧波電壓、基波偏差、不平衡，保持負載端電壓的額定和正弦，還可以消除負載產(chǎn)生的無功、諧波電流，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦，功率因數(shù)為1，實現(xiàn)負載和電網(wǎng)之間完全的擾動隔離。因此統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器是面向配電網(wǎng)（電力用戶）的最優(yōu)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。1.4本課題研究的必要性和主要研究內(nèi)容1.4由于采用單一的串聯(lián)或并聯(lián)的電能質(zhì)量控制器，雖然可以改善電力系統(tǒng)的某些運行特性和供電質(zhì)量，但其電路結(jié)構(gòu)要么和電網(wǎng)并聯(lián)，要么和電網(wǎng)串聯(lián)，其功能相應的較為單一，且不能全面滿足當今電力用戶對電能質(zhì)量的全面高要求。為實現(xiàn)電力用戶電能質(zhì)量的完全改善和最優(yōu)化，選擇統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）是一種理想的解決方案。本文選擇統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的串聯(lián)變流器作為研究對象，是因為UPQC的電路基礎(chǔ)是串并聯(lián)的雙四象限PWM變流器，適用于多種新型電能質(zhì)量補償器、控制器、調(diào)節(jié)器，另外有源電力濾波器APF的理論研究特別是并聯(lián)型APF的理論研究較深入，但是串聯(lián)型APF則研究得不深入，投入實際應用的也很少，所以串聯(lián)變流器是本文的重點。1.4.2本文除了緒論以外主要包括以下內(nèi)容：首先分析了統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的工作原理、系統(tǒng)的等效電路、系統(tǒng)的控制方案。然后本文建立了電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的數(shù)學模型，討論了串聯(lián)變流器在理想電網(wǎng)電壓和非理想電網(wǎng)電壓下的控制方案，詳細分析了串聯(lián)變流器的仿真模型的建立，并對串聯(lián)變流器各種控制方案進行了仿真分析。最后對10KVA三相四線UPQC實驗裝置的串聯(lián)變流器主電路的設(shè)計進行了論述，對以TI公司DSP芯片TMS320LF2407ADSP為核心控制系統(tǒng)電路作了仔細的分析，并對控制系統(tǒng)軟件設(shè)計進行分析。通過對實驗結(jié)果的分析證明電能質(zhì)量控制器串聯(lián)變流器可以有效的改善電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量。PAGEPAGE772統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC的工作原理統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC是具有綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)能力的電力電子裝置，電路結(jié)構(gòu)比單一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器復雜，為了對其實現(xiàn)有效控制并達到預期目標，首先要對其工作原理進行分析和研究。因此本章首先對三相四線制下的UPQC功率電路進行了描述，說明了UPQC的功能，闡述了UPQC的工作原理和控制方案，然后分析了UPQC系統(tǒng)的系統(tǒng)的等效電路，最后討論了不同主電路拓撲結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的影響，通過上述的分析，可以對UPQC系統(tǒng)有一個清晰的認識。2.1UPQC系統(tǒng)主電路【10】－【13】圖1.5給出了UPQC簡單的示意圖，為建立對UPQC系統(tǒng)的感性認識，本節(jié)詳細地描述了三相四線制UPQC系統(tǒng)的功率電路。如圖2.1所示，UPQC系統(tǒng)由以下各部分組成：（1）交流電網(wǎng)：三相四線制，額定電壓220V，頻率50Hz，電壓波動范圍PAGEPAGE77，可能包含諧波電壓，也可能三相不對稱。（2）串聯(lián)變壓器Ts：該變壓器可以是三相耦合的三相變壓器，也可以是三個獨立的單相變壓器，它串接在交流電網(wǎng)和負載之間，故稱為串聯(lián)變壓器。圖2-1所示串聯(lián)變壓器Ts為三相耦合變壓器，采用星型接法。（3）串聯(lián)變流器VSC1：該變流器經(jīng)輸入電感L1、串聯(lián)變壓器Ts串聯(lián)接入電網(wǎng)，稱為串聯(lián)變流器，由三相全控半橋電路組成，采用高頻PWM控制技術(shù)，具有雙向四象限工作特性。（4）并聯(lián)變流器VSC2：該變流器經(jīng)輸出濾波電感L2、濾波電容C2后并接在負載端，稱為并聯(lián)變流器，同樣由三相全控半橋電路組成，采用高頻PWM控制技術(shù)，具有雙向四象限工作特性。（5）直流母線電容和：串聯(lián)連接，，并接在串聯(lián)變流器VSC1和并聯(lián)變流器VSC2的公共直流端。（6）直流母線電池組和：串聯(lián)連接，，并接在變流器的公共直流端，作為交流電網(wǎng)掉電時的備用電源，保證負載的不間斷供電需求。（7）輸入靜態(tài)開關(guān)S1和旁路靜態(tài)開關(guān)S2：由兩個反并聯(lián)的晶閘管組成。（8）負載：對于UPQC系統(tǒng)，可以適合各種負載特性，諸如線性、非線性、不平衡等。需要注意系統(tǒng)的中性點N連接到電網(wǎng)輸入中線、串聯(lián)變壓器中線、電池組中點、直流母線電容中點及并聯(lián)變流器濾波電容的中點。2.2UPQC系統(tǒng)工作原理【14】－【16】2.2.1系統(tǒng)功能圖2.1所示的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，安裝在交流電網(wǎng)PAGEPAGE77和電力用戶之間，可以獲得如下的補償效果：對于交流電網(wǎng)側(cè)，使得在負載不平衡、非線性的情況下，交流電網(wǎng)輸入電流平衡、正弦且與交流電網(wǎng)電壓同相，電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1，電網(wǎng)僅向負載輸送有功功率。對于負載側(cè)，使得在電網(wǎng)電壓畸變、不對稱、非額定的情況下，負載端電壓始終保持對稱、額定正弦且與電網(wǎng)基波電壓同相。當需要時，可以通過串聯(lián)變流器或并聯(lián)變流器對直流母線端的電池組進行充電控制。當發(fā)生交流電網(wǎng)掉電時，直流母線端的電池組放電，經(jīng)并聯(lián)變流器向負載不間斷的供電，具有UPS的功能。當電網(wǎng)恢復供電后，系統(tǒng)重新切回到電網(wǎng)供電狀態(tài)。通過對UPQC兩個變流器進行實時、適式的控制，可以實現(xiàn)上述綜合的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，滿足電力用戶對于電網(wǎng)電能質(zhì)量越來越高的要求。2.2.2系統(tǒng)工作原理分析圖2.2UPQC單相電路原理圖圖2.2給出了UPQC的單相電路原理圖，區(qū)別于圖2.1的功率電路，直流母線端的電池組和電容等效為單個電池組和單個電容，此外電路中忽略了線路阻抗，串聯(lián)變壓器Ts視為一個理想的變壓器。交流電網(wǎng)輸入電壓包含諧波分量，其基波分量記為，。負載電流具有非線性特性，由基波有功電流、基波無功電流和諧波電流三部分組成，。圖2.2UPQC單相電路原理圖對兩個變流器進行實時、適式的控制，可以實現(xiàn)前述各項電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能。采用直接控制策略，串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器分別進行獨立的控制，從而使得整個UPQC系統(tǒng)是一個單輸入單輸出（SISO）的系統(tǒng)，這樣的控制策略可PAGEPAGE77避免多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)在控制上的復雜性，利于各個變流器選擇最優(yōu)的控制策略來實現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。本文中串聯(lián)變流器受控為基波正弦電流源，其輸出電流為正弦波，經(jīng)串聯(lián)變壓器Ts的線性放大作用，因此電網(wǎng)輸入電流受控為正弦。若控制使得與電網(wǎng)輸入電壓同相，則電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1，使電網(wǎng)僅向負載輸出有功功率,而無功功率，顯然此時串聯(lián)變流器只是處理有功功率，而無功功率?？刂撇⒙?lián)變流器為額定正弦電壓源，可使它輸出至負載的電壓為正弦波額定電壓且與電網(wǎng)輸入電壓基波同相，從而保證了在電網(wǎng)輸入電壓有諧波、非額定、不對稱情況下負載端對電壓的要求。由于電網(wǎng)輸入電流在串聯(lián)變流器的控制下為正弦波，因此迫使并聯(lián)變流器向負載輸出電流，其中補償負載無功電流、補償負載諧波電流，而負載的有功電流則由交流電網(wǎng)（）和并聯(lián)變流器（）共同提供，，也即并聯(lián)變流器輸出用于補償負載無功功率的無功功率外，還輸出部分有功功率。而由于并聯(lián)變流器受控為額定基波正弦電壓源，負載電壓總是維持額定正弦波不變，因此迫使串聯(lián)變流器經(jīng)串聯(lián)變壓器輸出的電壓由兩部分組成，，其中為諧波補償電壓，它與交流電源中的諧波電壓大小相等，，但方向相反；為基波電壓補償量，用于補償電源電壓的基波與負載電壓額定值的偏差，所以串聯(lián)變流器提供的補償電壓既抵消了電源電壓中的諧波，又補償基波電壓，使負載電壓成為與電網(wǎng)基波電壓同相的正弦波額定電壓。正是由于串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器的共同作用，使得在負載非線性、電網(wǎng)輸入電壓高于或低于額定值且含有諧波電壓時，負載電壓補償?shù)脚c電網(wǎng)輸入電壓同相的額定正弦電壓，同時交流電網(wǎng)僅輸入基波有功電流，電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1。PAGEPAGE77正常時交流電網(wǎng)與UPQC共同對負載供電，稱為Standby工作模式，此時輸入靜態(tài)開關(guān)S1導通，其兩個并聯(lián)晶閘管的導通信號是按輸入電壓的正負半周分別加上的。一旦交流電網(wǎng)停電，并聯(lián)變流器從電池組獲取電能，無間隙的繼續(xù)不間斷對負載供電，稱為Backup工作模式，此時由于電網(wǎng)輸入電壓與輸入電流同相，無相位差，輸入靜態(tài)開關(guān)S1可立即關(guān)斷，防止并聯(lián)變流器的輸出電流向電網(wǎng)倒灌。當電網(wǎng)恢復正常后，系統(tǒng)可以重新切回到Standby工作模式。當發(fā)生輸出過載或者變流器故障時，控制信號觸發(fā)旁路靜態(tài)開關(guān)S2導通，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入旁路工作模式。2.3等效電路模型本節(jié)討論UPQC系統(tǒng)的等效電路模型，通過定義系統(tǒng)在基波和諧波下的等效電路，使得對系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性分析簡單化。該等效電路模型的獲得基于以下必要的假設(shè)：（1）并聯(lián)變流器采用高頻PWM控制技術(shù)，于負載端提供平衡的、額定的正弦波電壓，總諧波畸變率THD值低，并且與電網(wǎng)輸入電壓同相。（2）串聯(lián)變流器采用高頻PWM控制技術(shù)，使得電網(wǎng)輸入電流為平衡的正弦波電流，總諧波畸變率THD值低，并且電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1。圖2.3UPQC基波及諧波單相等效電路模型圖2.3UPQC基波及諧波單相等效電路模型(a)基波等效電路模型(b)諧波等效電路模型PAGEPAGE77（4）串聯(lián)變壓器變比為1，使得串聯(lián)變流器輸入電流也就代表了電網(wǎng)的輸入電流，串聯(lián)變壓器原邊電壓也即串聯(lián)變流器輸入電壓?；谏鲜黾僭O(shè)，串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器可以分別用靜止的電流源和電壓源來表示，如圖2.3給出了基波及諧波下UPQC的單相等效電路，圖中串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器分別用基波和諧波下獨立的電流源和電壓源來代替。圖2.3(a)，電網(wǎng)輸入電壓作為參考向量，記為；由于并聯(lián)變流器受控為基波正弦電壓源，輸出與電網(wǎng)輸入電壓同相的負載電壓，因此負載電壓記為；而串聯(lián)變流器受控為基波正弦電流源，因此僅從電網(wǎng)吸收基波有功電流且和電網(wǎng)輸入電壓同相，記為；負載電流滯后負載電壓一個角度，記為；負載吸收的有功功率記為，無功功率記為；并聯(lián)變流器輸出電流記為；串聯(lián)變流器輸出電壓記為；考慮串聯(lián)變壓器漏抗，其壓降記為。顯然交流電網(wǎng)只提供有功功率，用于負載有功消耗和系統(tǒng)損耗，而無功功率，負載的無功功率需求完全由并聯(lián)變流器提供。圖2.3(b)給出了UPQC諧波下的等效電路，由于串聯(lián)變流器作為一個基波正弦電流源運行，電網(wǎng)輸入電流中的諧波成分，因此串聯(lián)變流器對諧波電流而言具有無窮大阻抗。電網(wǎng)輸入諧波電壓，由于并聯(lián)變流器作為基波正弦電壓源運行，負載電壓中的諧波成分，且，因此電網(wǎng)輸入諧波電壓，即串聯(lián)變流器對于電網(wǎng)諧波電壓而言具有零阻抗，串聯(lián)變流器完全吸收了電網(wǎng)輸入電壓的諧波。而負載諧波電流，由于，顯然，即并聯(lián)變流器對于負載諧波電流而言具有零阻抗，并聯(lián)變流器完全抑制了負載的諧波電流。由于理想的控制使得電網(wǎng)輸入電流及負載電壓中無諧波成分，因此系統(tǒng)不從電網(wǎng)吸收諧波功率，也無負載諧波功率消耗。PAGEPAGE77實際的控制效果并不可能完全消除諧波的影響，但相對基波成分而言，由諧波成分引起的諧波功率分量可以忽略不計，因此諧波頻率下UPQC的工作特性研究是很簡單的，它主要用來分析變流器的視在功率和kVA容量?；诖丝紤]，本文所指UPQC系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的分析主要基于基波下的等效電路。2.4統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方案對于統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPQC，每個變流器要么作為電流源控制，要么作為電壓源控制，按控制方案分，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器有如此兩類基本的控制方案。圖2.4UPQC間接控制策略框圖2.4.1圖2.4UPQC間接控制策略框圖 所謂間接控制方案，是指串聯(lián)變流器作為非正弦電壓源運行，并聯(lián)變流器作為非正弦電流源運行。如圖2.4所示，檢測電網(wǎng)電壓的畸變和基波偏差，作為電壓指令，對串聯(lián)變流器進行控制，使得串聯(lián)變流器通過串聯(lián)變壓器輸出一個與電網(wǎng)電壓畸變和基波偏差相抵消的補償電壓，從而保證負載電壓是一個額定的正弦電壓。檢PAGEPAGE77測負載的無功和諧波電流，作為電流指令，對并聯(lián)變流器進行控制，使得并聯(lián)變流器輸出與負載無功和諧波電流大小相等的無功和諧波，從而實現(xiàn)對負載無功和諧波電流的補償，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦波電流，功率因素為1。采用間接控制策略，需要檢測電網(wǎng)電壓及負載電流的擾動畸變等信息，由于是通過消除擾動來獲得補償效果，因此從電網(wǎng)端看，對于負載電壓的調(diào)節(jié)和輸入功率因數(shù)的校正是間接的。此外，當交流電網(wǎng)掉電或恢復供電時，并聯(lián)變流器需要從間接控制策略轉(zhuǎn)為直接控制策略（或反之），存在工作模式的一個切換，這對于控制來說是不利的。2.4.2直接控制方案【21】－【25】如圖2.5所示，直接控制方案指串聯(lián)變流器受控為正弦電流源，而并聯(lián)變流器受控為正弦電壓源。并聯(lián)變流器作為正弦電壓源運行，將輸出平衡、額定幅值的正弦電壓于負載端，由于電壓源對于諧波來說具有很小的阻抗，因此負載的諧波和電網(wǎng)的諧波電流都流入并聯(lián)變流器支路。對于負載無功和不平衡，串聯(lián)變流器作為正弦電流源運行，使得電網(wǎng)輸入電流為正弦且功率因素為1，由于電流源對于諧波電壓具有很大的阻抗，因此電網(wǎng)的諧波電壓被阻斷而不影響負載端電壓?？傊谥苯涌刂品桨赶拢?lián)變流器隔離了電網(wǎng)與負載端的電壓擾動，而并聯(lián)變流器隔離了負載無功功率、負載諧波電流和不平衡進入電網(wǎng)。采用直接控制策略，還有一個好處就是在電網(wǎng)掉電或恢復供電時，不存在工作模式的切換，因為并聯(lián)變流器始終受控為正弦電壓源。PAGEPAGE773電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)變流器的控制和仿真在三相四線UPQC系統(tǒng)中串聯(lián)變流器作為基波正弦電流源運行，因此串聯(lián)變流器實際上是三相四線制的PWM整流器，通過控制串聯(lián)變流器三相輸入電感電流為平衡的正弦電流，從而實現(xiàn)電網(wǎng)輸入電流也為平衡的正弦電流，且與電網(wǎng)輸入交流電壓同相，也即實現(xiàn)電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1。因此串聯(lián)變流器的控制關(guān)鍵是如何維持變流器的輸入電流為期望的正弦電流。由于UPQC要補償電網(wǎng)輸入電壓的基波偏差、諧波及不對稱，因此串聯(lián)變流器的輸入電壓也存在諧波及不對稱，因此在這種條件下，實現(xiàn)串聯(lián)變流器輸入電流的正弦和平衡與一般的PWM整流器是不同的。因此，本章首先建立了串聯(lián)變流器的不同坐標系下的數(shù)學模型?；跀?shù)學模型分別給出了在理想和非理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制策略及控制器的設(shè)計。詳細分析串聯(lián)變換器matlab仿真模型的建立的方法。通過仿真比較了不同控制策略特點。3.1串聯(lián)變流器的數(shù)學模型【26】－【35】圖3.1串聯(lián)變流器功率電路為實現(xiàn)對串聯(lián)變流器的預期控制，首先要建立串聯(lián)變流器的數(shù)學模型。根據(jù)UPQC的功率電路如圖2.1，如圖3.圖3.1串聯(lián)變流器功率電路PAGEPAGE77串聯(lián)變流器的功率電路，圖中為串聯(lián)變壓器變比。為建立串聯(lián)變流器的模型，假設(shè)：三相全橋電路中各開關(guān)器件為理想的開關(guān)器件;三相輸入電感是對稱的，也即其值及電感電阻大小相等;串聯(lián)變壓器視為理想的變壓器，忽略漏感，因此交流電網(wǎng)與負載電壓間的電壓差可以線性的折算到串聯(lián)變壓器的付方，也即作為串聯(lián)變流器的輸入。而且電網(wǎng)的輸入電流和變流器的輸入電流也是一種線性的關(guān)系；直流端電壓由于并接有電池組，因此為一恒定的電壓源特性(1)基于三相靜止ABC坐標系模型定義串聯(lián)變流器開關(guān)函數(shù)如下： 顯然有：（3-1）由圖3.1，串聯(lián)變流器橋端輸出電壓用開關(guān)函數(shù)可以表示為：（3-2）（3-3）（3-4）由于忽略了電網(wǎng)線路電感及串聯(lián)變壓器漏感，因此串聯(lián)變壓器變流器側(cè)（付方）電壓為：（3-5）（3-6）PAGEPAGE77（3-7）由KVL定律，對串聯(lián)變流器輸入交流側(cè)可以得到以下描述方程，式中考慮了電感的電阻： （3-8） （3-9） （3-10）由KCL定律，串聯(lián)變流器直流側(cè)方程為： （3-11） （3-12）式中，、分別為兩電池組及的等效內(nèi)阻。若令，并且考慮電容兩端電壓均分，電池組對稱，即，，，則綜合式（3-1）～（3-12）可以得到串聯(lián)變流器在靜止ABC坐標下的數(shù)學模型： （3-13） （3-14）PAGEPAGE77 （3-15） （3-16） 由式（3-13）～（3-15）可見，對于本文所示的三相四線制串聯(lián)變流器電路，相當于三個獨立的半橋電路的組合，這樣的電路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對三相輸入電流的獨立控制，也利于消除三相電流的不平衡。(2)基于空間旋轉(zhuǎn)dqo坐標系模型上述模型中，假設(shè)三相電網(wǎng)電壓對稱，三相負載電壓在并聯(lián)變流器的控制作用下對稱且與電網(wǎng)電壓同相，如下表示：，（3-17），（3-18），（3-19）由式（3-5）～（3-7）及（3-17）～（3-19）可得：（3-20）（3-21）（3-22）即串聯(lián)變流器的輸入電壓是對稱的三相正弦電壓。根據(jù)變換的定義，并遵循變換前后功率不變的原則，可以得到從ABC坐標系變換到dqo坐標系的變換矩陣如下： （3-23）PAGEPAGE77其反變換矩陣為： （3-24）圖3.2dqo坐標系與ABC坐標系圖3.2表明了兩相空間旋轉(zhuǎn)dqo坐標系與三相ABC坐標系之間的關(guān)系，其中，為軸與軸之間的夾角。軸定義于電網(wǎng)電壓矢量方向，軸定義于其垂直方向，且超前于軸。在以后的論述中，如果沒有特殊標注與說明，軸都按照如圖3-2所示的定義。利用變換矩陣及反變換矩陣，根據(jù)式（3-13）～（3-16）可得到同步旋轉(zhuǎn)坐標系下系統(tǒng)模型為：圖3.2dqo坐標系與ABC坐標系 （3-25） （3-26）PAGEPAGE77 （3-27） （3-28） 寫成矩陣表達式如下：（3-29）其中式（3-29）考慮了o軸分量、、，在電網(wǎng)電壓對稱，輸入電流平衡的情況下，有，，若控制，則式（3-29）可以簡化為：（3-30）3.2理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制理想電網(wǎng)電壓是指三相輸入電壓平衡且正弦，電網(wǎng)電壓是一定的,所以控制輸入電流的快速有效控制就控制了能量流動的速度和大小.這時串聯(lián)變流器實際可以忽略0PAGEPAGE77軸的影響而視為三相三線制PWM整流器，采用dq軸交叉解耦控制技術(shù),可以獲得理想的變流器輸入電流控制效果。3.2.1串聯(lián)變流器的d,q軸電流解耦控制【32】【36】－【38】由式（3-30）表示的串聯(lián)變流器數(shù)學模型得串聯(lián)變流器輸入電流滿足下式：（3-31）（3-32）式中、為變流器輸入電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的d、q軸分量，同理、為變流器輸入電壓的d、q分量，、則為控制量，有、?？梢姶?lián)變流器橋端輸入d、q軸電流除受控制量、的影響外，還受耦合電壓、和串聯(lián)變流器輸入電壓、的擾動影響?，F(xiàn)假設(shè)變流器輸出的控制電壓矢量中包含三個分量：（3-33）（3-34）其中，；，將式（3-33）和（3-34）分別代入（3-31）和（3-32）得：（3-35）（3-36）在式（3-35）和（3-36）表示的dq電流子系統(tǒng)中，dq軸電流是獨立控制的，而且控制對象也很簡單，相當于對一個一階對象的控制。之所以能形成這種PAGEPAGE77簡潔形式其主要原因是引入了電流狀態(tài)反饋解耦（、），而引入了電網(wǎng)擾動電壓（、）作前饋補償也使系統(tǒng)的動態(tài)性能有進一步提高。圖3.3理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)框圖圖3.3給出了解耦后的串聯(lián)變流器輸入電流控制系統(tǒng)。檢測三相A、B、C系統(tǒng)的負載電流、負載電壓和電網(wǎng)輸入電壓，經(jīng)坐標變換和低通濾波LPF后得到與基波對應的直流分量，利用UPQC系統(tǒng)功率平衡原理求出，若考慮系統(tǒng)中的功率損耗，則需在中附加一增量，其由外環(huán)直流母線電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生。由于不希望電網(wǎng)電流中包含無功分量，因此q軸電流控制指令。電流調(diào)節(jié)器、的輸出結(jié)合解耦電壓反饋和輸入電壓前饋合成控制量、，由此控制量對串聯(lián)變流器實行實時的SVPWM或SPWM控制，使變流器輸入電流跟蹤，則可實現(xiàn)串聯(lián)變流器作為基波正弦電流源運行的功能，從而也就實現(xiàn)了對電網(wǎng)輸入電流的控制?？刂葡到y(tǒng)中引入解耦電壓反饋和輸入電壓前饋，可以消除它們對系統(tǒng)的擾動影響。圖3.3理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器控制系統(tǒng)框圖3.2.2串聯(lián)變流器電流指令的計算如圖3.3所示，電流計算模塊產(chǎn)生的電流指令PAGEPAGE77反映了變流器輸入電流的大小，并且只包含基波有功分量，變流器輸入功率因數(shù)為1。忽略系統(tǒng)功耗，且電池組不充電也不放電，變流器輸入的有功功率應等于直流側(cè)負載吸收的有功功率：（3－37）式中為直流側(cè)負載電流。顯然在輸入電壓平衡正弦的情況下，有為直流量，，又要求串聯(lián)變流器三相輸入電流正弦、平衡且與輸入電壓同相，即，因此式（3－37）可以表示為：（3－38）由式（3－38）就可以獲得變流器的輸入電流指令、，即：（3－39）（3－40）3.2.3串聯(lián)變流器的電流和電壓控制器的設(shè)計圖3.4系統(tǒng)解耦后傳遞函數(shù)框圖一般希望電流控制具有較好的動靜態(tài)特性，且又希望控制器的設(shè)計相對簡單成熟，因此電流調(diào)節(jié)器、采用PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。一般在設(shè)計電流調(diào)節(jié)器參數(shù)時，認為直流電壓的變化對交流電流無影響，或者說相對于電流變化而言直流電壓變化比較慢，可以認為在電流的動態(tài)變化過程中直流電壓基本不變。通過設(shè)定電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)為電流環(huán)的3～5倍以上，并且圖3.4系統(tǒng)解耦后傳遞函數(shù)框圖PAGEPAGE77直流端并接電池組，可以保證直流電壓近似恒定。基于以上認定，三相串聯(lián)變流器系統(tǒng)經(jīng)交叉解耦后可d軸和q軸成為兩個獨立的單閉環(huán)系統(tǒng)，因此d、q軸可以分別獨立設(shè)計控制器。圖3.4給出了d軸系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖。圖中考慮了采樣環(huán)節(jié)sys1及保持環(huán)節(jié)sys3，sys2為PI調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)對象為sys4，有，。采樣環(huán)節(jié)與保持環(huán)節(jié)的時間常數(shù)（對應開關(guān)周期）都很小，可視為小慣性環(huán)節(jié),可以把它們合并等效成一個慣性環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的設(shè)計方法是將調(diào)節(jié)器中的零點與對象中的主導極點對消，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成典型Ⅰ形系統(tǒng)，然后根據(jù)要求選取阻尼比，從而確定調(diào)節(jié)器參數(shù)。（1）電流環(huán)參數(shù)選擇如下： （3-41）對象中的主導極點與PI調(diào)節(jié)器的零點對消后，并將系統(tǒng)降階，系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為： （3-42）一般取阻尼比，可以求出： （3-43）在實際的實驗中，，，，可以得到調(diào)節(jié)器參數(shù)為，。由圖3.4，可以得到系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)及輸出動態(tài)穩(wěn)定度傳遞函數(shù)： （3-44）（3-45）PAGEPAGE77式（3-44）、（3-45）的頻率響應分別如圖3.5、圖3.6所示，由圖3.5可見，在系統(tǒng)基波頻率處（），系統(tǒng)的幅值增益為0dB，而相角為，系統(tǒng)帶寬約為3550（565Hz），這說明在PI調(diào)節(jié)器作用下，系統(tǒng)電流控制穩(wěn)定，不存在幅值誤差。而圖3.6可見，基波頻率處的動態(tài)穩(wěn)定度為47.9dB，相當于串聯(lián)變流器基波等效輸入阻抗為228.5，是變流器交流側(cè)電抗的121倍，說明串聯(lián)變流器被控制為一個電流源在運行。圖3.5閉環(huán)頻率響應特性圖3.6動態(tài)穩(wěn)定度頻率響應特性 （2）對于電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計，由于考慮有電池組的接入，并且其作用僅僅是提供系統(tǒng)功耗所需要的附加電流指令，因此電壓調(diào)節(jié)器對于直流電壓控制的穩(wěn)態(tài)精度、響應時間的要求不是太高，而且串聯(lián)變流器的控制關(guān)鍵是內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器的快速調(diào)節(jié)，因此往往要求電流調(diào)節(jié)器的響應時間比電壓調(diào)節(jié)器的響應時間快3～5倍。在實際實驗系統(tǒng)中，電流環(huán)的截止頻率為圖3.5閉環(huán)頻率響應特性圖3.6動態(tài)穩(wěn)定度頻率響應特性在設(shè)計調(diào)節(jié)器中本文雖然給出了電流調(diào)節(jié)器與電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法，但它們不是唯一的。如我國學者陳伯時曾經(jīng)提出與“三階最優(yōu)整定法”類似的“振蕩指標法”PAGEPAGE77，而且在性能上略優(yōu)于“三階最優(yōu)整定法”。需要指出的是調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)定是一個多次反復調(diào)試的過程，任何一種方法都只能起指導作用。所以，在實際調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)定中，往往是根據(jù)一種算法先估算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)大小，然后經(jīng)過仿真與實驗，反復地調(diào)節(jié)參數(shù)，使性能良好。3.3非理想電網(wǎng)電壓下串聯(lián)變流器的控制在第二章分析了UPQC的兩個變流器要么作為電流源控制，要么作為電壓源控制。當串聯(lián)變換器作非正弦電壓源運行,并聯(lián)變流器作為非正弦電流源運行時,UPQC采用間接控制.當串聯(lián)變換器作正旋電流源運行,并聯(lián)變流器作為正弦電壓源運行時,UPQC采用間接控制.另外,在輸入電壓不平衡、非正弦的情況下，如果依然采用理想電網(wǎng)電壓下的dq軸控制策略，將使串聯(lián)變流器輸入電流不平衡、輸入電流與輸入電壓間存在相移、輸入電流諧波加重等惡劣現(xiàn)象，因此必須采取措施來抑制它們的影響，本節(jié)基于這樣的思路,分析串聯(lián)變流器的間接和直接控制方案.3.3.1非理想電網(wǎng)電壓對串聯(lián)變流器的影響上節(jié)所討論的串聯(lián)變流器電流控制是基于電網(wǎng)輸入電壓是理想的三相正弦對稱電壓而言的，因此采用dq坐標下的控制策略可以獲得較為理想的控制效果。而實際電網(wǎng)電壓往往不是理想的,對電網(wǎng)電能質(zhì)量的調(diào)查表明，通常電網(wǎng)電壓或多或少存在相位與幅值不平衡，此外，大量非線性負載的存在也使得電網(wǎng)電壓不是完全的純正弦，或多或少的存在波形的畸變，使得電網(wǎng)電壓諧波嚴重.非理想電網(wǎng)電壓是相對理想電網(wǎng)電壓而言的，對于三相電網(wǎng)系統(tǒng)，理想的電網(wǎng)電壓是三相對稱的、無波形畸變的額定正弦電壓。超出一定范圍的電壓偏差或波形畸變或不對稱，都會危害電力用戶以及電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行。這里討論的非理想電網(wǎng)電壓，主要指電網(wǎng)電壓的波形畸變及三相不對稱。波形畸變的根本原因是所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)系造成的，這種非線性關(guān)系，使得注入電網(wǎng)的電流為非正弦的諧波電流，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生相應的諧波壓降，形成了系統(tǒng)內(nèi)部PAGEPAGE77的諧波電壓，使得原有的正弦電壓波形產(chǎn)生了畸變。如果串聯(lián)變流器輸入電壓的不對稱，其影響就是在直流輸出電壓中產(chǎn)生諸如2、4、8、10、14等不期望的諧波，特別是2次諧波使得直流輸出電壓紋波嚴重，反過來，直流輸出電壓紋波影響到串聯(lián)變流器橋端輸入電壓，使橋端輸入電壓中包含3、5、9等次的諧波，從而增加了輸入電流的總諧波畸變率。如果電網(wǎng)電壓含有大量k次諧波,就會使串聯(lián)變流器的直流輸出電壓中包含及次諧波，由此變流器輸入電流中包含次的諧波，也即輸入電壓的諧波完全傳遞到了三相輸入電流，從而增加了輸入電流的總畸變率，增加了輸入電流正弦性的控制難度。3.3.2串聯(lián)變流器的間接控制【39】圖3.7串聯(lián)變流器間接控制系統(tǒng)框圖 串聯(lián)變流器的間接控制方案，是指串聯(lián)變流器作為非正弦電壓源運行,檢測電網(wǎng)電壓的畸變和基波偏差，作為電壓指令，對串聯(lián)變流器進行控制，使得串聯(lián)變流器通過串聯(lián)變壓器輸出一個與電網(wǎng)電壓畸變和基波偏差相抵消的補償電壓，從而保證負載電壓是一個額定的正弦電壓。采用間接控制策略，需要檢測電網(wǎng)電壓及負載電流的擾動畸變等信息，由于是通過消除擾動來獲得補償效果，因此從電網(wǎng)端看，對于負載電壓的調(diào)節(jié)和輸入功率因數(shù)的校正是間接的.圖3.7串聯(lián)變流器間接控制系統(tǒng)框圖PAGEPAGE777中通過ABC/dq0變換及低通濾波抽取電網(wǎng)電壓的諧波分量,其加上輸出電壓的電壓PI調(diào)節(jié)器的輸出作為串聯(lián)變流器的控制指令信號.從而實現(xiàn)串聯(lián)變流器的非正弦電壓源的控制.但是由于間接控制電流控制是基于穩(wěn)態(tài)的觀點,是一種開環(huán)控制,電流響應完全由自然響應特性決定,所以間接控制在理論上是可行的,但是實際應用中都是采用下面所分析的直接控制策略.3.3.3串聯(lián)變流器的直接控制為了使UPQC系統(tǒng)具有快速的動態(tài)響應和抗擾動能力,必須實時檢測電網(wǎng)電流并引入電流反饋,直接控制變流器的輸入電感電流.在各種不同的直接電流控制方式中,電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)串級控制結(jié)構(gòu)由于控制結(jié)構(gòu)簡單,特性優(yōu)良而應用最為普遍.下面將分析兩種直接控制方案.（1）基于SRF的dq+o軸控制【40】【41】 電網(wǎng)輸入電壓的不平衡，直接導致了三相電網(wǎng)輸入電流的不平衡，對于三相四線結(jié)構(gòu)的串聯(lián)變流器而言，零序電流比負序電流要突出，因此必須引入o軸控制，以消除零序電流，從而在最大程度上實現(xiàn)三相輸入電流的平衡。 由串聯(lián)變流器的數(shù)學模型表達式（3-29）可得： （3-46） 令o軸控制量為，忽略電感電阻，則有：圖3.8串聯(lián)變流器dq+o軸控制系統(tǒng)框圖 圖3.8串聯(lián)變流器dq+o軸控制系統(tǒng)框圖PAGEPAGE77 若電流控制器采用PI控制，則o軸電壓控制指令為： （3-48） 由此可以構(gòu)成圖3.8所示的基于SRF的dq+o軸控制系統(tǒng)框圖，不同于圖3.3的是，此處加了o軸電流控制，顯然。（2）基于SRF的三相ABC獨立控制【42】－【47】 由前述串聯(lián)變流器數(shù)學模型可知，三相四線結(jié)構(gòu)的串聯(lián)變流器相當三個獨立的半橋電路的組合，因此可以采用三相ABC分別進行獨立控制。圖3-9基于SRF的三相ABC獨立控制系統(tǒng)框圖根據(jù)串聯(lián)變流器三相ABC坐標系下的數(shù)學模型，圖3.9給出了基于SRF的三相ABC獨立控制系統(tǒng)框圖。圖中電流指令的計算與式（3－39）類似，都是基于直流側(cè)負載僅從電網(wǎng)吸收有功功率。由于電網(wǎng)電壓非理想，含有諧波和且不平衡，所以不僅僅為基波直流量，還有諧波分量，、也不為零，需要重新計算輸入電壓的大小，因此電流指令前饋的表達式如下所示：圖3-9基于SRF的三相ABC獨立控制系統(tǒng)框圖（3-49）PAGEPAGE77式中為母線直流電壓的平均值，為變流器輸入電壓的基波幅值，、、分別為、、經(jīng)低通濾波后的直流量。由于輸入電壓及母線直流電壓經(jīng)過了低通濾波作用，消除了輸入電壓諧波、不平衡、及母線直流電壓文波的影響，因此根據(jù)式（3-49）計算得出的電流指令經(jīng)dq0到ABC變換后，就得到代表電網(wǎng)輸入有功功率的三相平衡正弦交流電流指令、、。加入電壓前饋、、，用于消除輸入電壓擾動的影響。3.4鎖相環(huán)圖3.3中，PLL為鎖相環(huán)，其作用是對電網(wǎng)輸入A相電壓進行相位檢測，產(chǎn)生兩個標準的正弦信號和，用于實現(xiàn)ABC到dq的坐標變換。由于坐標變換、空間矢量SVPWM調(diào)節(jié)都是建立在電網(wǎng)輸入電壓相位檢測的基礎(chǔ)上，因此鎖相環(huán)的性能直接影響到整個系統(tǒng)的性能，要求鎖相環(huán)不僅具有良好的跟蹤性能，而且還要有很強的抗干擾能力，以適應電網(wǎng)電壓存在擾動、不平衡、諧波、頻率變化等非理想狀況。傳統(tǒng)的鎖相環(huán)是由硬件電路實現(xiàn)的,隨著微處理器運算速度的提高,用軟件實現(xiàn)鎖相環(huán)成為一種趨勢。與前者相比，后者容易與整體控制方法相配合，具有更高的精度和可靠性。本文采用了一種數(shù)字化的鎖相技術(shù)，它是用數(shù)字信號處理器DSP實現(xiàn)的，由于DSP內(nèi)部包含有捕獲口和計數(shù)時基，因此可以很方便地檢測出電網(wǎng)輸入電壓和逆變器輸出電壓信號之間的相位差，如圖3.10所示。圖中的為DSP的內(nèi)部計數(shù)器，讓它跟隨電網(wǎng)輸入電壓信號同步計數(shù)，在每一個基波周期當中可以分別讀取電網(wǎng)信號與逆變器輸出電壓信號在半個周期時對應的計數(shù)值（圖中分別對應于點與點）和，則實際上就可以表示市電電壓與逆變器輸出電壓之間的相位差，得到相位差之后，就可以很方便地設(shè)計控制器來實現(xiàn)逆變器輸出電壓的相位跟蹤市電的相位。PAGEPAGE77圖3.10市電和變流器輸出電流之間相位差的檢測系統(tǒng)中鎖相環(huán)的基本控制框圖如圖3.11所示，由圖可見，鎖相環(huán)采用了一般的控制器，其中為固有周期，即相當于控制器輸出為零時的逆變器周期，圖中控制器的輸出直接去調(diào)節(jié)逆變器的周期，但由于頻率是周期的倒數(shù)，因此也相當于間接地調(diào)節(jié)了頻率。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，可以實現(xiàn)，即逆變器的輸出電壓相位可以完全跟蹤上市電的相位。圖3.10市電和變流器輸出電流之間相位差的檢測圖3.圖3.11鎖相環(huán)控制框圖3.5串聯(lián)變換器系統(tǒng)仿真建模和仿真分析計算機仿真是現(xiàn)代科學研究的一個重要手段,計算機仿真技術(shù)應用于電力電子技術(shù)為電力電子電路及其控制系統(tǒng)提供了經(jīng)濟、有效、實用的設(shè)計方法.通過計算機仿真,可以建立一個模擬的實驗環(huán)境,根據(jù)以建立的數(shù)學模型構(gòu)造仿真模型,通過仿真對系統(tǒng)各個方面的性能進行預測,從而減少開發(fā)過程中的盲目性和復雜性,縮短設(shè)計周期.另外,通過仿真進行電路的設(shè)計和分析,避免了損壞電力電子開關(guān)器件和裝置的危險,能有效的降低裝置的開放成本.PAGEPAGE773.5．1電力電子電路仿真的基本方法在電力電子電路的仿真中，目前還沒有一種仿真軟件和方法可以完全替代所有的試驗，不同的方法和軟件有不同的特點和針對性，因此必須對各種方法的特點有所了解，認識各種建模仿真方法的性質(zhì)和局限性，并對這些局限性對仿真結(jié)果可信度的影響有深入了解，實際應用中比較有代表性的方法有以下兩種：=1\*GB3①系統(tǒng)級仿真，忽略微高頻分量對系統(tǒng)影響所建模型為基礎(chǔ)的仿真=2\*GB3②元件級仿真，盡可能考慮每個元件所有特性所建模型為基礎(chǔ)的仿真圖3.12電力電子電路仿真過程圖需要指出的是，目前仿真軟件的發(fā)展是非常迅速的，過去側(cè)重于一個方面性能的軟件，都在想辦法彌補其不足，使其功能更強大，使用面更寬。但是仿真的基本思想都是對系統(tǒng)進行抽象建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型和仿真軟件的功能和特點建立仿真模型，通過計算機仿真，得出仿真結(jié)果來分析和印證系統(tǒng)并為實驗做指導。而電力電子仿真的基本過程如圖3圖3.12電力電子電路仿真過程圖3.5．2電力電子開關(guān)的仿真模型處理方法由于電力電子電路中開關(guān)元件是非線性時變元件，使得電力電子電路難以直接用線性時不變方程直接描述，從而給仿真帶來很多麻煩。另外，雖然電力電子電路仿真可以借用很多專用仿真軟件來實現(xiàn)，但不同仿真軟件特點不一樣，能夠應用的仿真模型也不一樣，仿真前要仔細分析仿真的目的，從而有針對性的建立模型和選擇仿真軟件。所以在電力電子仿真模型中針對仿真目的的不同，電力電子開關(guān)模型處理的方法各不一樣，主要有以下幾種方法：PAGEPAGE77方法1、如果用一組可變參數(shù)的電阻電容甚至電感組的網(wǎng)絡(luò)來精確模擬電力電子開關(guān)的開關(guān)過程（上升、下降時間，通態(tài)壓降，關(guān)斷漏電流），就可對電力電子電路運行時μs級以下的瞬態(tài)特性進行仿真，Pspice軟件甚至可以自動形成此元件模型，此種仿真就是元件級仿真。元件級仿真的優(yōu)點是能反映電路運行中的細節(jié)問題，但運行速度慢，軟件運算的收斂性容易出問題。方法2、如果用一個較小的電阻作為開關(guān)導通時的模型，用一個較大的電阻作為開關(guān)關(guān)斷時的模型，對電力電子電路的仿真就會簡化很多。這樣的處理使電力電子電路仿真中對μs級以下瞬態(tài)過程的分析就不夠精確，但對ms級瞬態(tài)過程的分析還是足夠精確的，如果不需要分析開關(guān)器件開關(guān)過程的損耗、開關(guān)過程引起的尖峰等問題，就可以用這種開關(guān)模型簡化仿真過程，減少運算量。圖3.13電力電子開關(guān)狀態(tài)變化示意圖方法3、對于一個動態(tài)系統(tǒng)進行描述的常規(guī)方法是建立起狀態(tài)方程，對于一個包括開關(guān)器件的動態(tài)系統(tǒng)同樣方法也是適用的。每一個開關(guān)狀態(tài)將對應一個固定的拓撲，即一個線性的時不變系統(tǒng),因此可以根據(jù)狀態(tài)分別建立相應的線性狀態(tài)方程。將一個非線性的時變系統(tǒng)變成了一系列在時間序列上分段線性化的線性時不變系統(tǒng)，利用線性系統(tǒng)的求解方法進行求解。即如圖3－13所示，將一個有圖3.13電力電子開關(guān)狀態(tài)變化示意圖（3－50）PAGEPAGE77其中Tkj表示第K個開關(guān)周期中的第j個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時刻。狀態(tài)變量X為動態(tài)元件如電容上的電壓和電感中的電流，如前所述由于狀態(tài)是連續(xù)的，所以第j個狀態(tài)的終值將成為第j+1個狀態(tài)初值。得出了上面的幾組狀態(tài)方程之后，就可通過迭代的方法逐點求解電路的狀態(tài)，其中每個狀態(tài)的最后一個解就是下一個狀態(tài)的初始值。采用上述方法進行仿真計算時，實際上是假定開關(guān)的開關(guān)過程是瞬時完成的，其使用范圍也是只能反映ms級的瞬態(tài)過程，一般也不能用于分析開關(guān)器件的開關(guān)特性及由此引起的問題。方法4、如果能將開關(guān)器件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的系統(tǒng)變化用狀態(tài)方程的輸入量變化來表示，如式（3－51）所示，在開關(guān)狀態(tài)變化時下面的狀態(tài)方程中A,B,C,D都不會發(fā)生變（3－51）化，只有發(fā)生變化，則仿真中只需在適當?shù)臅r候改變，其他時候狀態(tài)方程中把看成是常數(shù)就可求解。此方法雖然與方法2、3假定了開關(guān)過程是瞬時完成，從而難以用于分析開關(guān)器件的瞬態(tài)特性，但是分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性和大信號特性時的常用方法，比方法2，3要簡潔，使用面廣，對建模水平的要求也高一些。方法5、前面所用方法雖然可以解決物理對象到仿真模型的轉(zhuǎn)換問題，但是這些處理方法都無法給出系統(tǒng)的解析模型，從而使電力電子電路的一些控制特性的分析和仿真變得困難，如果要得到含電力電子開關(guān)的電力電子電路的近似解析模型，就可使用狀態(tài)空間平均方法，當狀態(tài)空間平均模型是非線性和時變的時，用交流小信號線性模型和直流模型替代他。3.5．3主電路的仿真模型的建立MATLAB環(huán)境是1980年由美國的CleveMoler博士在教授大學線性代數(shù)時開始構(gòu)思并開發(fā)的。1992年Moler博士與一批軟件專家一齊成立了專門的公司對它進行改進，推出了交互式模型輸入與仿真環(huán)境（SIMULINK),SIMULINK一種動態(tài)的仿真工具，具有其它仿真軟件所沒有的多種優(yōu)點。由于MATLAB提供了強大的矩陣處理和繪圖功能，很多專家在自己擅長的領(lǐng)域編了一些特殊的工具箱，更加推動了MATLAB應用范圍的擴大。PAGEPAGE77使用MATLAB進行電力電子電路的仿真可滿足大部分的目標要求，且簡單、方便，電力電子方面的工具箱功能強大，可以提供各種電力電子開關(guān)模型，省去了電力電子電路建模中的很多麻煩，因此已經(jīng)成為電力電子電路仿真的重要工具。另外，在Simulink中,對系統(tǒng)的建模和仿真是非常容易的,仿真過程是交互的,可以隨意更改系統(tǒng)參數(shù),以便全面了解參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響.本文將基于Simulink仿真環(huán)境并利用MATLABPowerSystemBlockset建立串聯(lián)變換器的仿真模型。在Simulink仿真環(huán)境下PowerSystemBlockset提供了電力電子系統(tǒng)所需的電力電子元件，對這些元件設(shè)定合適的參數(shù)，然后利用電力系統(tǒng)仿真模型庫中的其他模型可以建立模擬實際系統(tǒng)的功率電路的電路模型?；谝陨纤枷虢⒌拇?lián)變換器主電路仿真模型由電網(wǎng)電壓模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、PWM整流模塊和直流環(huán)節(jié)組成。其框圖如圖3.14所示：其中子系統(tǒng)AC1是電網(wǎng)電壓模塊，其內(nèi)部電路如圖3-16所示，利用SimpowerSystem中的ElectricalSources中電壓源元件，對電壓源進行設(shè)定可以模擬實際系統(tǒng)的基波、諧波電壓的幅值、相位以及頻率等，通過合適的連接就構(gòu)成了電網(wǎng)電壓模型。圖3.14串聯(lián)變流器主電路仿真電路圖子系統(tǒng)i2measure1s是電流檢測模塊，vc3是電壓檢測模塊，圖圖3.14串聯(lián)變流器主電路仿真電路圖PAGEPAGE77電路，相當于實際電路中的電壓、電流霍爾元件，電壓、電流檢測模塊為控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)的電壓、電流信息，反饋給控制系統(tǒng)以便采取適宜的控制。子系統(tǒng)series1是三橋臂六IGBT模塊，可以設(shè)定模塊的連接方式、緩沖電路、開關(guān)頻率等以便模擬實際電力開關(guān)器件。子系統(tǒng)dcloop1內(nèi)部電路如圖3.17所示，主要用來模擬直流側(cè)的電容和電池組。圖3.圖3.17直流側(cè)電池、電容仿真模型圖3.15電網(wǎng)電壓模塊仿真模型a、電壓檢測模塊b、電流檢測模塊圖3.16電壓、電流檢測模塊仿真模型3.5．4控制電路的仿真模型的建立對于三相四線制UPQC系統(tǒng)，當分析電路不同工作狀態(tài)或檢測的電路信息發(fā)生變化時，相應的控制系統(tǒng)也隨之改變。所以這里僅以基于SRF的dq+o軸控制的控制方案說明仿真模型的建立方法?？刂齐娐返姆抡婺Ｐ褪腔谕獠繖z測信號的處理、控制算法建立的。如圖3.18所示把檢測到的電壓，電流信號經(jīng)過三相ABC-dq0變換，離散化后獲得系統(tǒng)所需的控制量。PAGEPAGE77而控制器則根據(jù)這些電壓電流信息來構(gòu)圖3.19仿真模型圖3.18串聯(lián)變流器控制電路仿真模型成相應的控制算法，可以利用SIMULINK中提供的基本模塊庫（諸如Continues庫、Discrete庫、Functions&Tables庫、Math庫、Nonlinear庫、Signals&Systems庫、Sinks庫、Sources庫、Subsystems庫等）實現(xiàn)算法，得到系統(tǒng)的dqo軸控制量，通過dq0-ABC變換獲得三相ABC系統(tǒng)下的控制量，經(jīng)過SPWM波形成模塊得到IGBT模塊的驅(qū)動信號。由式(3-23)和（3－24）利用Simulink中的模塊可以很容易得到圖3.19仿真模型圖3.18串聯(lián)變流器控制電路仿真模型PAGEPAGE77變換的仿真模型如圖2.19和圖2.20所示，模型中的函數(shù)根據(jù)式(3-23)和（3－24）分別定義。圖3.圖3.20仿真模型為了分析不同控制方案的特點，分別按照前面的方法建立串聯(lián)變流器的仿真模型，對串聯(lián)變流器在理想電網(wǎng)電壓及非理想電網(wǎng)電壓下各種控制策略工作特性進行仿真研究。（1）基于dq軸控制策略下的仿真分析仿真采用圖3.3所示的dq軸控制策略，電壓環(huán)PI為、電流環(huán)PI為、三角載波幅值為1111，兩電池組電壓均恒為220V、內(nèi)阻均為，輸入電感為5.8mH，內(nèi)阻為，兩串聯(lián)直流電容均為，負載電阻為，開關(guān)頻率為9KHz。=1\*GB3①當電網(wǎng)電壓為理想的三相平衡正弦波：（3－52）PAGEPAGE77圖3.21電網(wǎng)電壓平衡下串聯(lián)變流器dq軸控制仿真波形其仿真結(jié)果如圖3圖3.21電網(wǎng)電壓平衡下串聯(lián)變流器dq軸控制仿真波形由圖3.21(a)可見，此時采用dq軸控制策略可以實現(xiàn)變流器三相輸入電流的平衡，中線電流僅為很小的開關(guān)紋波，且輸入電流與輸入電壓同相，變流器輸入功率因數(shù)為1。而圖3.21（b）顯示母線直流電壓不存在諧波分量波動，B相輸入電流的頻譜中各次諧波分量均很小，其諧波總畸變率為0.73％，說明了電流良好的正弦性。這表明在輸入電壓平衡正弦的情況下，采用dq軸控制