当串联型电能质量控制器注入电压的研究

串联型电能质量控制器注入电压的研究

1 引言

串联型电能质量控制器(SPQC)可以有效地解决系统电压质量问题[1,2]。这些问题包括：电压跌落、浪涌、闪变和谐波。SPQC的典型结构如图1所示，根据其不同的结构，它可以补偿各种系统电压故障、消除谐波及注入零序电压等。

由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变部分，大部分能量还是直接由系统提供给负载，所这是由于低碳钢受压时变形较大而不破裂以，它们通常具有很高的效率[3]。DVR（Dynamic Voltage Restorer）就是串联型装置中的一种。为了提高补偿效率，减少储能单元的容量，很多文献都对DVR的能量优化注入进行了分析[3,4]。在单相DVR中，可以用电压矢量来描述系统的电压跌落，并根据该矢量来实现各种控制目标的优化[5]。在三相系统中，由于三相电压跌落的性质复杂，通常伴随着相角的偏移，用一矢量来描述三相输入电压的情况比较困难。文献[6]利用对称分量法对配电系统中出现的电压跌落进行分析，寻求跌落的一些规律，得到了电压跌落过程中利用一矢量表征三相跌落的方法。但是，该方法仅适用于理论研究。在实际工程应用中，由此矢量求三相故障电压时，需要了解系统结构和故障类型，这是有一定困难的。文献[3,4]采用对称分量法对能量优化进行了分析。在分析中，作者用系统故障电压的正序来确定补偿电压。 但是在分析时，作者忽略了零序和负序电压对注入电压的影响，直接把DVR输出电压的极限等效成正序图中补偿电压的极限，使而更好的厚度是6.4mm(0.25英寸)计算出来的补偿电压和实际需要的补偿电压存在一定的误差。本文针对以上问题，对影响SPQC注入电压大小和方向的因素进行了分析。并在此基础上提出了电压优化补偿的算法。2 SPQC补偿极限及其控制目标的设置

由于各种因素的限制，SPQC每相最大输出电压的幅值是确定的，将此幅值定义为SPQC的输出极限Ulim。Ulim的确定与SPQC的容量、成本及要达到的补偿目标等因素有关[7]。单相SPQC的补偿极限可以在电压相量图中描述为以参考电压相量的顶点为圆心，半径为Ulim的圆盘。当故障电压相量的顶点落于圆盘上时，故障是可以被补偿的，否则，如果不进行调整，将不能被补偿。将单相的结论引入三相SPQC中，可对三相电压分别作出各相的补偿圆。与单相不同的是：只有三相故障电压相量都落在各自的圆盘上时，SPQC才可对故障进行补偿；否则就必须进行调整。采用不同的优化算法可以在不同程度上扩大SPQC的补偿极限。

由于SPQC串联于系统中，所以，其电流与系统的电流是相同的，可以改变的只有它的输出电压。通过控制输出电压可以达到不同的优化目标。文献[4]对单相DVR的优化目标进行了讨论。对于三相SPQC而言，主要的优化目标有2种：

（1）优化装置的设计容量，使得在不增加装置容量的情况下可以更好地补偿系统电压的偏差。

（2）优化能量的交换过程，以降低装置储能容量，保证装置正常运行。

这2个优化目标互相关联。对于优化能量而言，必须考虑SPQC的补偿极限，只有在不超过补偿极限的情况下才能优化能量。提高补偿极限可以更好地进行能量的优化。

优化SPQC注入系统的能量一般是指优化SPQC向系统中注入的有功功率P。该功率的大小直接关系到直流储能单元的设计，对SPQC的补偿能力也有很大的影响。

假定系统的负载是平衡且恒定的，那么功率因数也是确定的。经过SPQC补偿后提供给负载的电压稳定不变且平衡，所以系统的电流也是平衡的，不含有零序和负序电流。

系统中有功的瞬时值可以表示为

假定：U1、U2、U0分别为正序、负序和零序电压；Ф2为U2滞后U1的角度；I1为正序电流；Ф1为I1滞后U2的角度，即负载的功率因数角。根据对称分量法，对式（1）进行运算可得[8]

由式(2)可以看出，在假定的系统中，2017年正式通过波音认证瞬时功率由2部分组成：

（1）同一相序的电压和电流分量的乘积。此部分为常数3U1I1cosФ1，

（2）不同相序的电压和电流分量的乘积。4) 默许程序缺省安装到C:\Program Files\TestStar目录下；由于C盘装有Windows系统文件此部分为脉动交变功率3U1I1cos(2wt-Ф1-Ф2),具有2倍的频率，在一个周波的时间中，其积分值为零。

因此，对于电压不平衡而电流平衡的系统，可以通过控制电压的正序分量来控制能量的流动。检测出系统故障电压后进行对称分量法的变换，在补偿范