低压三相统一电能质量调节器的研制

UPQC不仅能够针对非线性负载的电流谐波进行补偿,还可以解决电网电压不对称的问题。对于UPQC的研究主要基于三相三线制并且系统体积较大,对于电压波动的补偿速度较慢,影响了在重要低压负载场景下的应用。文献[1]将超级电容作为并联型UPQC的直流侧储能模块,能够补偿电网电流谐波，但超级电容的引入使得系统体积增大。文献[2]提出一种混合型UPQC,降低了变流器开关器件和直流侧电容的耐压等级，但并联变流器与无源滤波器的串接使得需要补偿的谐波电流增大,串联侧电压补偿能力较低,不能实现快速补偿。文献[3]提出的新型UPQD结构保证了系统电源电压深度跌落和短时中断对用户的持续供电,但无法对电源电压的跌落进行补偿。 设计一种三相四线制下模块化结构,用高频隔离DC/DC变换器代替串联侧变压器的新型UPQC拓扑。该结构下并联侧单元能够补偿电流谐波,还可以稳定直流侧电压,为串联侧电压补偿提供能量。串联侧实现了系统的安全隔离、能量的双向流动及电压波动的补偿。隔离DC/DC变换器的引入避免了变压器饱和时带来的激磁涌流,减小了系统体积,同时提高了对于电网电压波动的补偿速度，提高了UPQC的实用性。使其能广泛应用于 ### 低压三相统一电能质量调节器的研制 #### 关键知识点概述： 本文献针对三相四线制低压供电系统中存在的电压波动和非线性负载产生的谐波电流污染问题，设计了一种能够解决多种复杂电能质量问题的统一电能质量调节器（UPQC）。这种新型UPQC采用模块化设计思路，并利用高频隔离DC/DC变换器取代工频隔离变压器，以实现精确的并联侧谐波电流补偿以及串联侧电压跌落、谐波电压的快速补偿特性。 #### 1. UPQC的基本概念与功能 **统一电能质量调节器（UPQC）**是一种集成了并联型和串联型电能质量调节器功能的装置，能够在同一位置同时解决多种电能质量问题，如电压跌落、谐波电流等。其核心是通过并联变流器来补偿非线性负载引起的谐波电流，并通过串联变流器来补偿电压波动和不对称等问题。 #### 2. 传统UPQC存在的问题 - **体积较大**：现有的UPQC系统普遍采用三相三线制设计，系统体积较大，限制了其在特定场合的应用。 - **补偿速度慢**：由于系统响应速度相对较慢，在面对快速变化的电压波动时，无法迅速作出补偿。 - **引入额外元件导致效率下降**：文献[1]中提到使用超级电容器作为储能模块可以补偿电网电流谐波，但这会增加系统体积和成本。 - **补偿效果受限**：文献[2]提出了一种混合型UPQC，虽然降低了变流器开关器件和直流侧电容的耐压等级，但由于并联变流器与无源滤波器串联，导致需补偿的谐波电流增大，串联侧电压补偿能力降低。 - **电压跌落补偿不足**：文献[3]中的新型UPQD虽然保证了系统在电源电压深度跌落和短时中断时对用户的持续供电，但对于电压跌落本身却无法有效补偿。 #### 3. 新型UPQC的设计特点 - **模块化结构**：新型UPQC采用了模块化设计，便于维护和扩展。 - **高频隔离DC/DC变换器**：串联侧采用高频隔离DC/DC变换器代替传统的工频隔离变压器，提高了系统的隔离性和补偿速度。 - **并联侧单元**：用于补偿电流谐波，同时还能稳定直流侧电压，为串联侧提供能量支持。 - **串联侧功能增强**：实现了电网电压波动的安全隔离和双向能量流动，显著提升了电压跌落和不对称问题的补偿能力。 - **体积减小与响应时间缩短**：通过采用高频隔离DC/DC变换器，避免了变压器饱和时带来的激磁涌流问题，从而减少了系统体积，并提高了对于电网电压波动的补偿速度。 #### 4. 控制策略与实验验证 为了确保新型UPQC的有效运行，文献还给出了不同组成部分的控制策略，并通过实验验证了该拓扑结构的可行性和有效性。这些控制策略包括但不限于： - **并联侧的谐波检测与补偿算法**：用于精确检测和补偿非线性负载产生的谐波电流。 - **串联侧的电压检测与补偿算法**：用于实时监测电网电压的变化，并根据实际情况进行快速补偿。 新型的低压三相统一电能质量调节器通过改进设计和技术手段，有效解决了现有UPQC的一些关键问题，如体积过大、补偿速度慢等，并且通过模块化的结构设计和高频隔离DC/DC变换器的应用，大大增强了系统的实用性和灵活性，使其能够在更多重要的低压负载场景中得到广泛应用。