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統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)兼有了并聯(lián)和串聯(lián)補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，既能抑制電壓、電流諧波和電壓波動(dòng)，又能補(bǔ)償無(wú)功電流；電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)出現(xiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題都能得到很好的補(bǔ)償。目前針對(duì)UPQC的研究大多數(shù)都是基于三相輸配電系統(tǒng)的,之前也對(duì)三相UPQC進(jìn)行介紹，針對(duì)單相系統(tǒng)的研究還比較少；用戶(hù)側(cè)多數(shù)都是單相系統(tǒng)，隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，現(xiàn)代智能化和高度自動(dòng)化的用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，因此研究針對(duì)單相系統(tǒng)的UPQC非常有必要。
UPQC的總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般分為兩種：一、左串右并型，即串聯(lián)側(cè)換流器接于電源側(cè)、并聯(lián)側(cè)換流器接于負(fù)載側(cè)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要解決電源電壓?jiǎn)栴}和負(fù)載電流問(wèn)題。二、左并右串型，即并聯(lián)側(cè)換流器接于電源側(cè)、串聯(lián)側(cè)換流器接于負(fù)載側(cè)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要解決電源電流問(wèn)題和負(fù)載電壓?jiǎn)栴}。實(shí)際中大部分采用左串右并型，因此之前的三相UPQC和本文的單相UPQC均采用左串右并類(lèi)型的拓?fù)?，如下圖所示。
UPQC主電路主要由串聯(lián)側(cè)變流器、并聯(lián)側(cè)變流器、直流側(cè)電容器、換流變壓器、LC濾波電路組成，可以看作由并聯(lián)APF和串聯(lián)APF以及幾組必要的無(wú)源濾波元件組成的。并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)的變流器都是雙向的，既可以整流又可以逆變，當(dāng)變流器處于整流狀態(tài)時(shí)就是交流電網(wǎng)對(duì)直流側(cè)電容器進(jìn)行充電，當(dāng)變流器處于逆變狀態(tài)時(shí)就對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)和諧波、電流諧波和無(wú)功等進(jìn)行補(bǔ)償。
串聯(lián)側(cè)變流器通過(guò)藕合變壓器連接在電網(wǎng)與負(fù)載之間，主要用來(lái)補(bǔ)償和調(diào)節(jié)負(fù)載端電壓并抑制電源電壓諧波、驟升和驟降等擾動(dòng)，給負(fù)載提供穩(wěn)定高質(zhì)量的電能。并聯(lián)側(cè)變流器并聯(lián)連接到負(fù)載上，主要作用是抑制負(fù)載的諧波電流和補(bǔ)償無(wú)功電流，并且調(diào)節(jié)兩個(gè)變流器問(wèn)直流側(cè)電容器電壓，使直流側(cè)電壓保持穩(wěn)定。直流側(cè)的電容器為串并聯(lián)PWM變流器提供能量。幾組LC濾波器的作用是濾除PWM變流器在高頻率的開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的高次諧波。
UPQC的工作原理：一般情況下將UPQC的并聯(lián)單元控制為諧波電流源，把串聯(lián)單元控制為諧波電壓源。通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算電網(wǎng)電壓中的基波偏差和諧波量，使串聯(lián)變流器的輸出正好補(bǔ)償這部分電壓基波偏差和諧波量，負(fù)載電壓便得到額定標(biāo)準(zhǔn)的正弦波；檢測(cè)和計(jì)算出負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量，使并聯(lián)變流器補(bǔ)償負(fù)載所需要的諧波電流和無(wú)功電流，這樣電網(wǎng)只需提供基波電流，即電網(wǎng)輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦電流且與電網(wǎng)輸入電壓同相，電網(wǎng)輸入為單位功率因數(shù)。
單相UPQC的等效電路如下圖所示。圖中Us為電源電壓，il為負(fù)載電流，Uc為補(bǔ)償電壓，ic為補(bǔ)償電流，is為電源電流，U1表示電源電壓基波分量，Uh表示電源電壓諧波部分，△U表示電源電壓基波波動(dòng)分量，ilp負(fù)載電流基波有功分量，ilq負(fù)載電流基波無(wú)功分量，ih負(fù)載電流諧波分量。UPQC控制的基本思想是控制串聯(lián)單元使其為一可控的電壓源Uc，控制并聯(lián)單元使其為一可控的電流源Ic。
當(dāng)負(fù)載電流il中含有諧波量ih，如果并聯(lián)變流器的補(bǔ)償電流正好為諧波量ih，則電源只需提供基波分量即可。這樣負(fù)載側(cè)諧波電流不會(huì)流入系統(tǒng)側(cè)，即諧波電流被消除了。即ic=ih;當(dāng)系統(tǒng)電壓Us中含有諧波量Uh和基頻波動(dòng)電壓△U，如果串聯(lián)變流器的補(bǔ)償電壓正好為諧波量Uh和基頻波動(dòng)電壓△U，則負(fù)載電壓正好為基波分量。這樣系統(tǒng)側(cè)諧波電壓不會(huì)影響負(fù)載側(cè)，即諧波電壓和波動(dòng)電壓被消除了,即Uc=Uh+△U。
作為綜合型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，UPQC要解決多種電流和電壓質(zhì)量問(wèn)題，要使UPQC對(duì)電能質(zhì)量具有良好的實(shí)時(shí)控制效果，就要能將各種電流和電壓擾動(dòng)量準(zhǔn)確快速的檢測(cè)出來(lái)，然后來(lái)作為UPQC串聯(lián)單元和并聯(lián)單元進(jìn)行綜合電能質(zhì)量治理的控制指令，這樣就能使得UPQC補(bǔ)償具有準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。串聯(lián)部分檢測(cè)比較簡(jiǎn)單，只需將測(cè)量值與參考值做差即可得到需要補(bǔ)償?shù)碾妷盒盘?hào)，并聯(lián)部分檢測(cè)方法在單相APF分享過(guò)程中已經(jīng)做了介紹，在此不再贅述，只給出總體控制框圖。
采用simulink搭建單相UPQC模型，負(fù)載為非線(xiàn)性負(fù)載，電網(wǎng)電壓在0.5s跌落到0.7pu，0.6s恢復(fù)，直流電壓參考值為400V，其仿真結(jié)果如下：
上圖分別為電網(wǎng)電壓、負(fù)載電壓及二者重疊，從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)電壓跌落后，UPQC能夠及時(shí)對(duì)跌落電壓進(jìn)行補(bǔ)償，保證負(fù)載電壓正常，說(shuō)明串聯(lián)部分工作正常。
上圖分別為電網(wǎng)電流、負(fù)載電流及補(bǔ)償電流，從仿真結(jié)果可以看出，負(fù)載電流含有大量諧波，經(jīng)過(guò)串聯(lián)部分補(bǔ)償后，電網(wǎng)電流為標(biāo)準(zhǔn)正弦，說(shuō)明并聯(lián)部分工作正常，在0.5s時(shí)刻電網(wǎng)電流增大，原因?yàn)樨?fù)載降低，需要對(duì)串聯(lián)部分充電導(dǎo)致，間接證明串聯(lián)部分工作正常。
上圖為負(fù)載電流THD，從測(cè)量結(jié)果可以看出，負(fù)載電流含有大量諧波，未達(dá)到并網(wǎng)要求。
上圖為電網(wǎng)電流THD，從仿真結(jié)果可以看出，補(bǔ)償后電網(wǎng)電流畸變率為5%，達(dá)到并網(wǎng)要求。
上圖為直流電壓波形，從仿真結(jié)果可以看出，除了在電網(wǎng)電壓跌落過(guò)程中，直流電壓波動(dòng)較大（逆變補(bǔ)償負(fù)載電壓），其他時(shí)刻電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定，說(shuō)明直流電壓控制正常。
綜上仿真結(jié)果可以看出，本文的單相UPQC可以很好的對(duì)單相負(fù)載諧波電流及電網(wǎng)電壓波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，并達(dá)到補(bǔ)償目的。