采用无变压器UPQC和SRF控制的电能质量控制

Greeshma苏雷什
印度喀拉拉邦Kottayam Amal Jyothi工程学院EEE系研究生

摘要

电能质量是以适合设备运行的方式为线性和非线性负载供电的概念。最重要和最关键的电能质量问题是电压凹陷、膨胀和电流畸变。这些问题可能会导致关键设备跳闸，对工业厂房产生不良影响，导致整个生产停产，损失巨大。自定义功率器件对所有电能质量问题都有效。为了同时解决电压和电流相关的问题，UPQC被发现是有效的。本文基于SRF理论研究了变压器少UPQC的有效性。变压器较少的UPQC避免了通电过程中不必要的偏移，增加了损耗和成本。同样的SRF控制理论用于分流和串联变换器，这也有助于避免复杂性和成本。最后通过MATLAB / Simulink仿真对该方法进行了验证

关键字

电能质量，谐波补偿，并联变换器，磁滞控制，串联控制器，同步参考系理论

介绍

随着非线性负荷的增加，电能质量问题不可避免。此外，负荷也受到电力不足的影响。非线性负载从电源吸取谐波电流。非线性负载产生的谐波导致设备过热、功率因数降低和损耗增加。电压凹陷和电压膨胀通常与系统故障有关。这些问题可能是由于短时间内电压的变化引起的。电压凹陷和膨胀会对敏感电子设备的性能产生负面影响，导致数据错误、设备损坏和设备寿命缩短。DVR具有补偿电压相关问题的能力。DSTATCOM可以有效地解决当前的相关问题，传统的滤波器可以解决谐波和失真问题。但这些滤波器体积大，也有共振问题。为了有效地解决电压和电流畸变，在传统的UPQC中提出了小波变换、神经网络和模糊算法等控制策略。这些控制算法很复杂。 In the proposed work, proper solution to the power quality issues can be obtained using the transformerless UPQC based on the SRF theory.

本文运用帕克变换理论对统一电能质量调节器(UPQC)的性能进行了分析。统一电能质量调节器由电压源变换器和电流源变换器组成，并具有一个共同的直流链路。一个变换器串联在电源和非线性负载之间，作为电压源变换器工作。另一个变换器作为分流器连接，作为电流源变换器工作。由变换器处理的功率应通过直流链路同时交换。这也将避免在开关两个转换器期间短路。通过连接非线性负载，电源电压必须被扭曲。串联变换器的输出允许通过低通滤波器，用于衰减串联变换器输出高频开关产生的高频分量。变压器注入补偿电压和电流。高通滤波器吸收电流开关波纹。参考电流是由并联控制器产生的。同样，参考电压必须由串联控制器产生。 The reference signals has to be generated by the Synchronous Reference Theory (SRF).Park transformation is employing here. The hysteresis control technique for the system is also provided in this paper. Simulation results in the final part shows the advantages of SRF method applying to the transformer less UPQC. Control developed for both the converters and the simulation works are also included in the paper.

文献调查

几十年来，人们一直在寻找有效的电能质量解决方案。通过这段旅程，滤波器已被发现作为电能质量问题的解决方案之一。为了避免谐波对敏感设备运行的不良影响，必须在负载端安装滤波器，使谐波含量低于安全限值。消除不同阶次谐波的最简单方法是在不同负载产生的位置安装滤波器。串联连接滤波器与电力系统网络串联在一起，在转动频率提供高阻抗，滤波器提供的高阻抗允许很少的谐波通过。并联滤波器是交流电力系统网络中最常用的滤波器，它能提供极低的谐波阻抗路径。分流式滤波器比串联式滤波器便宜，因为分流式连接滤波器是为分级绝缘水平设计的，这使得组件比串联式滤波器组件便宜。无源滤波器是LC谐振或并联谐振电路，在调谐频率提供非常高或低的阻抗。这些滤波器在调谐频率具有电阻性，在调谐频率以下具有电容性，在调谐频率以外具有电感性。串联滤波器的缺点是成本高，因为所需滤波器元件的额定电流为额定满载电流。 In order to absorb the source current harmonics filter impedance have to be less than the source impedance. The TCR is act like a variable susceptance. Variation of firing angle changes the susceptance and consequently the fundamental-current component which leads to a variation of reactive power absorbed by the reactor because the applied ac voltage is constant. DVR, Dynamic Voltage Restorer is found as effective in solving the voltage related problems. But current related problems cannot be solved with this technique. DSTATCOM is found as the solution to current related problems and the current distortions. Voltage related problems cannot be solved here. Hence it cannot be considered as the effective solution for the power quality issues. In order to solve both the voltage and current related problems at the same time UPQC is found effective. Different control theories are using for both the shunt and series converters in UPQC. This involves the complexity and the cost. In this work effective solution to power quality can be obtained with the UPQC with same control theory using for both the converters. UPQC with transformer results in undesirable offset during energisation , increases the lost and also the cost. Without using transformer an effective solution to power Quality is essential. Hence in the proposed work UPQC without transformer is implementing.

SRF理论

SRF理论实现了角速度与正弦量相同的三相到两相的转换。公园改造主要在这里进行。根据SRF理论，一个平衡的，无畸变和恒定的幅度有d和q分量，只有o分量为零。根据SRF产生的参考电压abc到dqo转换是采用的。

利用SRF理论可以实现对变换器的合理控制。所期望的负载电流应用于停车场变换，并转换为d,q,0坐标。生成的分量允许通过滤波器来抵消谐波并馈电进行反公园变换。锁相环用于生成两个正交单位向量(sinwt,coswt)。锁相环还有助于与电源电压同步..参考信号与感应到的负载电流馈送到滞后控制器。从控制器输出的是一组开关信号给分路控制器。因此分路控制器能够控制电流相关的问题。利用同步参考系理论可以实现对并联变换器和串联变换器的控制。

利用SRF理论可以实现对电压的适当控制。将所需要的电压施加到park变换并转换到d,q,0坐标。dq0变换后的信号允许通过低通滤波器。生成的组件允许进行反泊位变换。给出了滞回控制器的参考值。当超过上限或下限时，滞回控制器决定所需的门控信号。计算的参考信号必须在限值(H/2或-H /2)之内。当误差在迟滞带内时，不采取切换动作。当错误到达迟滞带时，正确的开关动作发生。

通过滞环控制器的作用，获得对开关信号的适当控制，并将其送入变换器。在负载端的输出电压变为具有适当振幅的正弦信号，而不考虑供电电压中存在的畸变和谐波。参考电流和被测电流之间的差值允许通过滞环控制器，得到的控制信号最终馈送到并联控制器。滞环带电流控制具有响应快、稳定和精确的特点。由磁滞控制器产生适当的开关信号，磁滞带电流控制方法的开关频率根据电流的变化而变化。电流在滞回带的上限和下限之间变化，反之亦然。

结果与讨论

在MATLAB系统环境下，通过对带非线性负载的三相系统进行仿真，验证了基于SRF理论的UPQC控制性能。三相系统中的非线性负载是带电阻负载的三相二极管桥式整流器。建立了测试系统，并对干扰进行了分析。分析了电压和电流的畸变，提出了分流和串联变换器的有效控制方法。

图3显示了线性和非线性负载下的测试系统。电源电压为415V。频率是50赫兹。供电电压、供电电流、负载电压、负载电流畸变。

图4显示了畸变电压。通过应用适当的控制技术，必须控制电压畸变。

图5显示了失真电流。通过应用适当的控制技术，必须控制电流中的畸变。

图6显示了为分流变换器开发的控制技术。园区改造是对abc到dqo的改造。低通滤波器用于滤除不需要的频率信号。对参考信号的产生进行了反公园变换。同样的控制技术被用于转换器，分流和串联，这有助于避免不必要的成本和复杂性。

图7显示了采用常规方法开发变压器的UPQC。得到了对源电压和电流的适当补偿。但采用变压器的UPQC会在通电过程中产生不良的偏置，增加损耗和成本。为了避免这种情况，在没有变压器的情况下对UPQC进行适当的控制是必不可少的。

图8显示了基于SRF控制的变压器较少UPQC。在变压器的位置放置电容器。可以通过电容器获得适当的控制。并联和串联变流器已经发展起来。研制了串联变换器，通过电容器连接，连接非线性负载。这有助于避免在通电过程中产生不必要的偏移和增加损耗

图9显示了补偿后的电压和电流。电源中电压和电流的扰动用变压器较少的UPQC来补偿。变压器较少的UPQC也有助于避免不必要的偏移在充电期间，并使输出完全正弦。

结论

应用srf理论进行Upqc控制已被证明是解决主要电能质量问题的有效方法。本文研究了利用同步参考系理论研制的并联变换器控制电路。本文详细介绍了并联和串联控制器以及srf理论。仿真结果表明，将同步参考系法应用于变压器少upqc能更好地改善电能质量，避免谐波、畸变、损耗增加和成本增加。与基于SRF控制的变压器少upqc方法相比，该方法有效地避免了不良的偏置和谐波。

数字一览


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9

参考文献

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