[发明专利]基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略

说明书

本发明公开了一种基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略，其内容包括：建立集成直流储能单元的UPQC系统；在电网电压稳定运行工况下，本发明引入最灵敏功率角控制串联补偿器输出无功功率，充分利用装置设计容量的同时为不同运行状态间快速平滑切换提供了必要前提；确定最灵敏角的选取方法；详述了不同运行工况下系统中有功功率和无功功率流动状况；建立直流储能单元的简单模型，采用常规双环控制；采用互补PWM控制方法控制能量的双向流动，协调控制系统中能量的流动；控制系统在电压稳定运行、电压暂降以及电压暂升不同运行工况之间实现灵活无缝切换。本发明提高了UPQC的利用率显著降低了装置总设计容量，提高了装置的动态响应速度，减少装置成本投入。

技术领域

本发明属于电力电子领域和电力系统领域，尤其涉及一种基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略。

背景技术

在社会经济的快速发展，人类生活水平的日益提高的今天，敏感设备在电力系统中的应用渗透率大幅增加，敏感用户也越来越多，同时分布式能源并网比重也逐步增加，这都对电能质量提出了更高的新要求。致使电能质量问题日益成为电力领域备受关注的焦点问题。统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)作为兼具与电源侧相关的电压电能质量问题的控制功能和与负载侧相关的电流电能质量问题治理功能的综合电能质量控制器的有效设备受到国内外研究者的广泛关注。UPQC相当于在电源和负载之间设置了一个故障隔离，可以阻断电网侧和电流侧的电能质量问题相互间影响。在UPQC常规控制策略中，无论电网输入电压如何，串联补偿器都均不处理无功功率，负载无功功率的补偿全部由并联补偿器承担，在正常稳定工况下，UPQC处于闲置状态，造成一定的容量和资源浪费。

为此，本发明提出一种基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略。即在系统正常稳定工况下，复用串联补偿器功能以减轻并联补偿器的无功负担，合理分配串并联补偿器的无功功率输出，以期在满足相同补偿效果的前提下充分利用UPQC的实际容量，扩大设备利用率和提高可靠性，此状态下选择灵敏的功率角实现电压和电流补偿，当电源电压发生暂降或暂升等突发问题时，控制系统在不同运行工况下实现无缝切换，避免产生冲击，提高装置的补偿灵敏性和动态响应速度。同时协调控制串联补偿器、并联补偿器和直流储能单元三部分的能量流动可有效平抑UPQC装置与馈线之间的有功环流，另外集成分布式发电系统的UPQC具有补偿电网电压中断的能力。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略，其通过控制串联补偿器在电压稳定运行工况下承担一部分负载无功功率需求，选择灵敏的功率角控制系统在不同运行工况之间实现无缝灵活切换。同时协调控制串并联变流器与直流储能单元三者间的功率流动，在实现UPQC常规补偿的前提下，平抑有功环流，避免产生冲击，提高装置补偿灵敏性和动态响应速度，降低UPQC设计容量，充分利用装置已有容量，降低UPQC成本利于其在工程中推广应用。

本发明提供一种基于PAC的UPQC无缝切换功率协调控制策略，其包括以下步骤：

S1、确定负载所需的无功功率是否超出串联补偿器容量限制，计算串联补偿器能输出的最大功率角δ_max，在电压正常运行工况下选择最灵敏功率角进行控制，实现不同运行状态之间的无缝灵活切换；

串联补偿器能够输出的最大功率角δ_max由式(1)确定，其中U_srmax表示串联补偿器可输出的最大补偿电压，U_s表示电网电压的实际幅值，

S2、对串并联补偿器与直流储能单元三者间的功率进行功率流动分析，确定功率协调控制策略模型，功率协调控制策略模型包括串联补偿单元、并联补偿单元以及直流储能单元，所述功率协调控制策略模型采用串并联部分运用最灵敏功率角控制方法，直流储能单元采用常规电压外环与电流内环进行双环控制以维持直流母线恒定，并根据电压波动情况与模型中的有功环流协调控制串并联补偿器之间的能量以有效平抑有功环流；