[發明專利]基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略

有效

• 申請號: 201811354442.0
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109193682B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 曲正偉;王寶娜;王云靜;孫秀飛;侯爍;張鴻羽
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/18
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

本發明公開了一種基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略，其內容包括：建立集成直流儲能單元的UPQC系統；在電網電壓穩定運行工況下，本發明引入最靈敏功率角控制串聯補償器輸出無功功率，充分利用裝置設計容量的同時為不同運行狀態間快速平滑切換提供了必要前提；確定最靈敏角的選取方法；詳述了不同運行工況下系統中有功功率和無功功率流動狀況；建立直流儲能單元的簡單模型，采用常規雙環控制；采用互補PWM控制方法控制能量的雙向流動，協調控制系統中能量的流動；控制系統在電壓穩定運行、電壓暫降以及電壓暫升不同運行工況之間實現靈活無縫切換。本發明提高了UPQC的利用率顯著降低了裝置總設計容量，提高了裝置的動態響應速度，減少裝置成本投入。

技術領域

本發明屬于電力電子領域和電力系統領域，尤其涉及一種基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略。

背景技術

在社會經濟的快速發展，人類生活水平的日益提高的今天，敏感設備在電力系統中的應用滲透率大幅增加，敏感用戶也越來越多，同時分布式能源并網比重也逐步增加，這都對電能質量提出了更高的新要求。致使電能質量問題日益成為電力領域備受關注的焦點問題。統一電能質量調節器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)作為兼具與電源側相關的電壓電能質量問題的控制功能和與負載側相關的電流電能質量問題治理功能的綜合電能質量控制器的有效設備受到國內外研究者的廣泛關注。UPQC相當于在電源和負載之間設置了一個故障隔離，可以阻斷電網側和電流側的電能質量問題相互間影響。在UPQC常規控制策略中，無論電網輸入電壓如何，串聯補償器都均不處理無功功率，負載無功功率的補償全部由并聯補償器承擔，在正常穩定工況下，UPQC處于閑置狀態，造成一定的容量和資源浪費。

為此，本發明提出一種基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略。即在系統正常穩定工況下，復用串聯補償器功能以減輕并聯補償器的無功負擔，合理分配串并聯補償器的無功功率輸出，以期在滿足相同補償效果的前提下充分利用UPQC的實際容量，擴大設備利用率和提高可靠性，此狀態下選擇靈敏的功率角實現電壓和電流補償，當電源電壓發生暫降或暫升等突發問題時，控制系統在不同運行工況下實現無縫切換，避免產生沖擊，提高裝置的補償靈敏性和動態響應速度。同時協調控制串聯補償器、并聯補償器和直流儲能單元三部分的能量流動可有效平抑UPQC裝置與饋線之間的有功環流，另外集成分布式發電系統的UPQC具有補償電網電壓中斷的能力。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略，其通過控制串聯補償器在電壓穩定運行工況下承擔一部分負載無功功率需求，選擇靈敏的功率角控制系統在不同運行工況之間實現無縫靈活切換。同時協調控制串并聯變流器與直流儲能單元三者間的功率流動，在實現UPQC常規補償的前提下，平抑有功環流，避免產生沖擊，提高裝置補償靈敏性和動態響應速度，降低UPQC設計容量，充分利用裝置已有容量，降低UPQC成本利于其在工程中推廣應用。

本發明提供一種基于PAC的UPQC無縫切換功率協調控制策略，其包括以下步驟：

S1、確定負載所需的無功功率是否超出串聯補償器容量限制，計算串聯補償器能輸出的最大功率角δ_max，在電壓正常運行工況下選擇最靈敏功率角進行控制，實現不同運行狀態之間的無縫靈活切換；

串聯補償器能夠輸出的最大功率角δ_max由式(1)確定，其中U_srmax表示串聯補償器可輸出的最大補償電壓，U_s表示電網電壓的實際幅值，

S2、對串并聯補償器與直流儲能單元三者間的功率進行功率流動分析，確定功率協調控制策略模型，功率協調控制策略模型包括串聯補償單元、并聯補償單元以及直流儲能單元，所述功率協調控制策略模型采用串并聯部分運用最靈敏功率角控制方法，直流儲能單元采用常規電壓外環與電流內環進行雙環控制以維持直流母線恒定，并根據電壓波動情況與模型中的有功環流協調控制串并聯補償器之間的能量以有效平抑有功環流；