统一电能质量调节器检测与控制技术研究

的PWM换流器通过变压器和PF串联后并联接入系统，HPQC中的串联部分主要用于隔离电源和负荷之间的相互扰动、调整负荷电压和为负荷谐波电流提供一个高阻抗通路以阻止负荷谐波电流流向系统等。其中，并联滤波支路中的PF主要是给负荷谐波电流提供一个低阻抗通路，并产生基波容性无功功率以补偿负荷无功功率。

HPQC和UPQC之间最大的不同之处是它在并联PF支路中串入PWM变换器构成并联部分，用于改善并联滤波支路的滤波特性、抑制负荷电压畸变、校正负荷功率因数的动态偏移以及提供变换器（串联部分）所需的有功功率。

1.3.3 UPQC 的检测方法UPQC 检测的目的是进行非正序基频电压和电流以及无功的补偿，对三相系统还需平衡三相间的有功功率。所以，准确、实时地提取上述的补偿量是其正常工作的前提。目前，其检测方法的研究发展状况可以概括为：瞬时无功功率理论揭开了时域检测方法的研究，同步坐标旋转变换法在实际应用中被广泛采纳，基于上述两种方法的改进措施不断的被提出，FFT 方法的改进也使得频域方法重新被拾起，基于现代数学、智能控制理论的新型控制方法的研究也是越来越多。由于UPQC可以看成是串联型和并联型有源电力滤波器的结合，其与有关的检测方法与有源电力滤波器的检测方法之间必然有着紧密的联系，或者可以认为两者是一致的。具体有模拟带通（或带阻）滤波器法，基于傅里叶变换的检测方法，基于Fryze时域分析的有功电流分离法，基于广义瞬时无功功率和dq0 坐标变换的检测法[22~24]，基于空间矢量的基波正序负序分量的实时检测方法[25]，基于小波检测[26]、自适应滤波[27,28]、同步无差拍控制[29]、单周控制[30]以及H∞理论的检测方法[31]、基于p-q-r理论的检测方法[32]、基于数- 11 -对于电力输配电系统，主要分为三相四线、三相三线结构，故对应安装的UPQC也分为三相四线[20]、三相三线拓扑形式[12]，而对于补偿的对象不同，还可以把串联部分分为基于相电压和基于线电压两种方式。

对基于相电压的拓扑，可以采用对各相的电压进行单独补偿的全桥补偿方式，其优点是补偿不受其他相的干扰，但结构复杂，使用的变换管多，对应的成本较高。对特定的要求，也可以安装单相的UPQC。文献[18]介绍了三种单相UPQC的拓扑，并对其补偿特性进行了分析，各单相UPQC不同之处在于是逆变器的选取。对于不同的环境特性和用户要求，结合资金和应用场合的不同，逆变器同样可以采取全桥逆变器、半桥逆变器以及介于两者间的混合逆变器（例如文献[18]中的第三种拓扑）。由文献[18]给出的结果可知，全桥逆变器效果最好，但考虑成本等因素，其它两种单相UPQC也能实现一定的补偿功能，选取应视具体应用情况而定。对于三相电路，换流器既可采取三相全波（每相补偿方式）又可采取三相半波结构，具有许多可能的拓扑。以上拓扑采用电压型变换器（VSC），主要是由于VSC的控制和响应快而得到了广泛的应用。目前，许多电力电子设备都是基于VSC的结构，与之对应的是基于电流型变换器（CSC）的结构，也对应的存在上面提及的拓扑结构[21]，但其控制响应速度相对慢，故在实际应用和研究中较少涉及。

瞬时无功功率理论中的概念，是对传统理论的推广和延伸。基于pq理论的检测方法是针对对称三相系统并且忽略零序电流的情况下提出的，为了应用于单相系统，还不得不进行重构才能实现单相谐波检测[40]。因此，对于单相谐波的检测需要进一步研究。经典pq理论的检测方法要求三相系统对称且系统电压是纯正弦波。实际应用三相电压可能存在谐波，也不一定对称。因此人们提出了很多基于pq理论的改进方法，主要包括以瞬时无功功率理论为基础的采用ip-iq运算方式的谐波检测方法（简称ip-iq法）[41]和基于dq0 坐标系下的广义瞬时无功功率的谐波检测方法（简称dq0 法）[22]及改进dq0 法[24]等。ip-iq法是将三相电路a、b、c三相电压和电流经变换转换到αβ两项正交的系统中来进行研究，即采取的是αβ变换，并在此基础上得到有功功率和无功功率在变换后的形式。以电流为例：1 112 22 33 302 2abciiiiiαβ⎡ ⎤−⎡ ⎤⎢ ⎥⎡ ⎤⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦−⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦/采用ip-iq运算方式进行谐波检测方法可以用来单独检测谐波，也可以用来检测谐波与无功之和。通过对文献[24]的推导过程分析可以看出：当仅仅检测谐波，且电网频率保持不变时实际上可以不要锁相环节。基于 dq0 坐标系下的广义瞬时无功功率的谐波检测法是一种直接采用Park 变换实现的能适用于任意非正弦、非对称三相电路的谐波和无功功率检测方法，输入的三相负载电流进行 Park 变换后经低通滤波器滤除谐波，然后再进行一次反 Park 变换，来提取基波成分，其原理框图如图 1-3 所示

通过对电压的锁相，提供变换所需要的正弦信号 sinωt 和余弦信号 cosωt。图中的 Park 变换是谐波提取的关键因素，因为对三相 abc 系统经过 Park 变换后，第 n 次正序分量变成了 dq0 系统中的第 n−1 次分量，而第 n 次负序分量变换为第 n+1 次分量，所以 abc 系统中只有基波正序分量通过变换后成为 dq0 系统的直流分量，而且此时零轴分量为 0，通过低通滤波器得到 d、q 轴的直流分量，就是电流中对应的基频成分。有了基频电流之后，与系统电源侧的三相电流作减法即得到了谐波电流和无功电流成分。