CN103199539A - 一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了统一电能质量调节器电压暂降补偿控制技术领域中的一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降补偿控制方法。该方法通过协调控制统一电能质量调节器的串联换流器的输出电压及并联换流器的输出电流，实现了零有功注入的电压暂降（暂升）补偿。此补偿控制方法简单可行，实现了装置电压暂降（暂升）的持久以及连续的补偿，提高了装置补偿的可靠性；避免了电压暂降（暂升）补偿过程中有功注入带来的直流电压欠压或过压的问题且无需补偿后装置恢复或重启的过程，提高了装置的稳定性。

Description

一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降补偿方法

技术领域

本发明属于统一电能质量调节器电压暂降(暂升)补偿控制技术领域，尤其涉及一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降(暂升)补偿方法。

背景技术

现代工业、商业和居民用电设备，如高性能办公设备、精密实验仪器、变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机系统等对电源特性变化的敏感性呈逐年上升趋势；同时，电能质量问题越来越复杂，由电能质量扰动引起的损失日趋增加。因此，为了提高供电质量、降低因电能质量问题对用户造成的损失、保护用户利益、营造良好的投资环境，采用先进的电能质量调控技术成为未来电力供应的发展趋势之一。统一电能质量调节器(UnifiedPower Quality Conditioner，UPQC)作为一种能最有效解决非线性敏感负荷综合电能质量问题的补偿装置而备受关注。UPQC不仅能解决由非线性、不对称负载带来的无功、谐波电流以及不平衡问题，同样可以为敏感负荷提供更为优质的供电电压，从而使其免于受到系统电压暂降或暂升、谐波电压以及闪变等带来的影响。

UPQC主电路基本结构如图1所示，由串联换流器，并联换流器，串联变压器以及旁路开关组成。主电路采用“左串右并”的连接形式，即工作时，并联换流器接于负荷侧，主要用于补偿谐波电流、无功电流和不平衡电流，同时维持两个换流器之间的公关直流电压恒定；串联换流器接于系统侧，具有维持负载公共联接点处电压幅值、抑制电压波动和补偿电压谐波的功能。这样的好处主要在于避免了串联换流器免于受到负载电流质量问题的影响，同时并联换流器免于受到系统电压质量问题的影响。

通常UPQC被简单的看作拥有公共直流母线的两个相对独立的补偿装置。因为，普遍的认为电压质量问题应由串联部分解决，电流质量问题则由并联部分解决，这无异于扼杀了UPQC的整体性。当系统发生电压暂降或电压暂升时，采用传统的串联侧补偿电压暂降或暂升，同时并联侧提供直流电压支撑的方法可能会导致系统电压更大程度的暂降。而采用完全独立串联、并联两个换流器补偿电压暂降时会带来补偿持续时间的不确定以及补偿后恢复重启等复杂问题。利用最小能量补偿的方法虽然可以一定程度上提高补偿持续时间，但其作用终归有限，而能否实现零有功注入的补偿条件更受限于电压暂降或暂升的深度以及负载功率因数等。然而，一旦UPQC串并联换流器经过一系列控制及算法实现不受负载功率因数以及电压暂降深度约束的零有功注入补偿，不仅可以避免敏感负荷受到电压暂降或暂升的影响，并且对装置的补偿能力及稳定性都有很大程度的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种统一电能质量调节器电压暂降（暂升）补偿方法，用于实现统一电能质量调节器不受负载功率因数以及暂升或暂降深度约束的零有功注入补偿。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降/暂升补偿方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采样系统电压，分别根据系统电压的A相系统电压U_a、B相系统电压U_b和C相系统电压U_c构建虚拟系统电压，包括：

由A相系统电压U_a分别计算B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas，构建第一组虚拟系统电压；

由B相系统电压U_b分别计算A相虚拟电压U_abs和C相虚拟电压U_cbs，构建第二组虚拟系统电压；

由C相系统电压U_c分别计算A相虚拟电压U_acs和B相虚拟电压U_bcs，构建第三组虚拟系统电压；

步骤2：根据第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或者第三组虚拟系统电压判断系统电压是否发生暂降或者暂升，如果系统电压发生暂降或者暂升，则分别计算系统补偿电压的三相电压和系统补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，d′轴与补偿后的负载电压的A相电压矢量重合，q′轴垂直且超前于d′轴；

步骤3：根据计算得到的系统补偿电压对统一电能质量调节器串联换流器的输出电压进行调制，使统一电能质量调节器串联换流器的输出电压的三相电压分别等于系统补偿电压的三相电压；将计算得到的系统补偿电流的d′轴和q′轴分量作为基准值，生成相应的并联换流器调制电压，从而使并联换流器输出电流的d′轴和q′轴分量等于系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

所述根据第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或者第三组虚拟系统电压判断系统电压是否发生暂降或者暂升具体是：

步骤101：对第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或第三组虚拟系统电压进行dq变换，再经滤波器滤除高频分量后保留直流分量，得到虚拟系统电压的d轴和q轴分量；其中，d轴与系统电压的A相电压矢量重合，q轴垂直且超前于d轴；

步骤102：当虚拟系统电压d轴分量平均值低于其额定值的90%时，则系统电压发生电压暂降；当虚拟系统电压d轴分量平均值高于其额定值的110%时，则系统电压发生暂升。

当系统电压发生暂降时，计算系统补偿电压的三相电压具体是：

步骤201：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压；其中，各组虚拟系统电压的补偿电压的相电压幅值为：

U_L为补偿后的负载电压有效值，U_S为系统电压有效值；

步骤202：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量；其中，dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aJ}}\\ U_{\mathrm{bJ}}\\ U_{\mathrm{cJ}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}0\\ \sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right];$ U_aJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的A相补偿电压，U_bJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的B相补偿电压，U_cJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的C相补偿电压，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量，C为dq变换矩阵且

步骤203：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

当系统电压发生暂降时，计算系统补偿电流的d′轴和q′轴分量具体是：

步骤301：根据负载电流的基波分量计算系统补偿电流的基波分量，其计算公式为

其中，

I_L为负载电流有效值，

为负载电压与负载电流基波分量的夹角，即功率因数角，D＝U_S/U_L，U_S为系统电压有效值，U_L为补偿后的负载电压有效值；

步骤302：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，对系统补偿电流的基波分量进行dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{I_{\mathrm{dJref}}}^{\′}\\ {I_{\mathrm{qJref}}}^{\′}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ja}}\\ I_{\mathrm{Jb}}\\ I_{\mathrm{Jc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ {I_{\mathrm{qL}}}^{\′}-\frac{{I_{\mathrm{dL}}}^{\′}\sqrt{1-D^2}}{D}\end{array}\right],$ I_dL′与I_qL′分别为负载电流在d′轴和q′轴的分量，D＝U_S/U_L。

当系统电压发生暂升时，计算系统补偿电压的三相电压具体是：

步骤401：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压；其中，各组虚拟系统电压的补偿电压的每相电压的幅值为：

U_L为补偿后的负载电压有效值，U_S为系统电压有效值；

步骤402：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量，其中，dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aJ}}\\ U_{\mathrm{bJ}}\\ U_{\mathrm{cJ}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)(1-D^{\′2}})\\ D^{\′}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right];$ U_aJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的A相补偿电压，U_bJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的B相补偿电压，U_cJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的C相补偿电压，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量，C为dq变换矩阵且D′＝U_L/U_S；

步骤403：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

当系统电压发生暂升时，计算系统补偿电流的d′轴和q′轴分量具体是：

步骤501：根据负载电流的基波分量计算系统补偿电流的基波分量，其计算公式为

其中，

I_L为负载电流有效值，

为负载电压与负载电流基波分量的夹角，即功率因数角；

步骤502：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，对系统补偿电流的基波分量进行dq变换后得到 $\left[\right]$ I_dJref′和I_qJref′分别为系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

本发明在不受电压暂降深度以及负载功率因数约束的前提下保证装置零有功注入的补偿系统电压的暂降（暂升），实现更为持久以及连续的补偿，并在其补偿过程中保持统一电能质量调节器UPQC直流电压的稳定。该方法无需补偿后装置的恢复过程即无需再次建立并稳定直流电压，大大降低了控制算法的复杂程度；与此同时，避免了补偿时由于装置有功输出导致UPQC公共直流侧出现过压或欠压的情况，更避免了从系统中吸取电能支撑其直流电压所带来的弊端，提高了装置的稳定性。

附图说明

图1是统一电能质量调节器系统原理示意图；

图2是零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降补偿策略向量图；

图3是零有功注入的统一电能质量调节器电压暂升补偿策略向量图；

图4是零有功注入的统一电能质量调节器串联部分检测控制框图；

图5是零有功注入的统一电能质量调节器并联部分检测控制框图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图2所示为零有功注入的统一电能质量调节器（UPQC）电压暂降补偿策略向量图。其中，

为暂降发生前的系统电压向量，

为暂降发生后的系统电压向量，

为补偿后负载电压向量，

为UPQC串联侧注入电压向量，

为负载电流向量，

为系统电流向量，

为UPQC并联侧注入电流向量。如图2所示，当系统发生电压暂降时，UPQC串联部分向系统注入超前并垂直于系统电压向量的补偿电压向量。同时UPQC并联部分则向系统注入垂直于负载电压基波向量的电流基波向量，其补偿电流满足系统电压、电流基波分量同相，即单位功率因数，从而，实现了零有功注入的UPQC电压暂降补偿，与此同时补偿了负载所消耗的无功功率。根据此向量图可得补偿电压的幅值为，

令

可得输出的补偿电流为，

图3所示为零有功注入的统一电能质量调节器电压暂升补偿策略向量图。其中为暂升发生前的系统电压向量，

为暂升发生后的系统电压向量，

为补偿后负载电压向量，

为UPQC串联侧注入电压向量，

为负载电流向量，

为系统电流向量，为UPQC并联侧注入电流向量。如图3所示，当系统发生电压暂升时，UPQC向系统注入的电压向量相切于系统暂升前电压向量圆。根据此向量图可得补偿电压的幅值为，

可得输出的补偿电流为，

上述公式（2）和公式（4）中，

为功率因数角。

图4和图5分别是零有功注入的统一电能质量调节器串联部分检测控制框图和零有功注入的统一电能质量调节器并联部分检测控制框图，其具体控制方法步骤如下：

步骤1：采样系统电压。

由A相系统电压U_a分别计算B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas，构建第一组虚拟系统电压。由B相系统电压U_b分别计算A相虚拟电压U_abs和C相虚拟电压U_cbs，构建第二组虚拟系统电压。由C相系统电压U_c分别计算A相虚拟电压U_acs和B相虚拟电压U_bcs，构建第三组虚拟系统电压。

本实施例以A相系统电压U_a为例，说明虚拟系统电压的构建过程。

利用求导法由A相系统电压U_a计算B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{bas}}=-\frac{1}{2}{U}_a-\frac{\sqrt{3}}{2\mathrm{\ω}}{U_a}^{\′}\\ U_{\mathrm{cas}}=-\frac{1}{2}{U}_a+\frac{\sqrt{3}}{2\mathrm{\ω}}{U_a}^{\′}\end{array}\right.$

其中，U_a′为A相系统电压U_a的一阶导数。由此，A相系统电压U_a、B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas构成第一组虚拟系统电压。由B相系统电压计算A相虚拟电压U_abs和C相虚拟电压U_cbs以及由C相系统电压U_c计算A相虚拟电压U_acs和B相虚拟电压U_bcs参考公式（5）。

步骤2：根据第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或者第三组虚拟系统电压判断系统电压是否发生暂升或者暂降。

本实施例以第一组虚拟系统电压为例，说明判断系统电压是否发生暂降或者暂升的具体过程。

由公式（5）可知，暂降发生前的A相系统电压及B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas分别为，

其中，U₀为暂降前系统电压有效值，ω为系统电压角频率，t为时间。

步骤101：先对第一组虚拟系统电压进行dq变换，变换矩阵为：

然后，再经滤波器滤除高频分量后保留直流分量，得到系统电压的d轴和q轴分量。其中，d轴与系统电压的A相电压矢量重合，q轴垂直且超前于d轴。

经过dq变换，得到第一组虚拟系统电压的d轴和q轴分量为：

$\left[\begin{array}{c}{U}_{d0}\\ U_{q0}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_{\mathrm{bas}}\\ U_{\mathrm{cas}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}\sqrt{2}{U}_0\\ 0\end{array}\right]---\left(8\right)$

由式（8）可见，当锁相系统有效可靠时，系统A相矢量电压将实时与d轴重合，此时，系统电压基波有效值将表现为d轴的直流分量，其大小将可以作为系统电压是否发生暂降（暂升）的判断依据。

步骤102：当虚拟系统电压d轴分量平均值低于其额定值的90%时，则系统电压发生电压暂降；当虚拟系统电压d轴分量平均值高于其额定值的110%时，则系统电压发生暂升。

分别在系统电压发生暂降和暂升两种情况下，计算系统补偿电压和系统补偿电流的值。

先考虑系统电压发生暂降的情况。系统电压发生暂降时，计算系统补偿电压具体是：

步骤201：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压。

还是以A相系统电压为例，由于发生了电压暂降，第一组虚拟系统电压变为：

根据公式（1）可得第一组虚拟系统电压的补偿电压为：

其中，U_Ja为第一组虚拟系统电压A相补偿电压，U_Jbas为第一组虚拟系统电压B相补偿电压，U_Jcas为第一组虚拟系统电压C相补偿电压，各相补偿电压之间相差120°。

第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的计算参照公式（9）和（10）。

步骤202：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量。

对第一组虚拟系统电压补偿电压进行dq变换的过程如公式（11）。

$\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Ja}}\\ U_{\mathrm{Jbas}}\\ U_{\mathrm{Jcas}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}0\\ \sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right]---\left(11\right)$

在公式（11）中，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量。

对第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，获得第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量的过程参照公式（11）。

步骤203：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换的过程如公式（12）

$\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aCom}}\\ U_{\mathrm{bCom}}\\ U_{\mathrm{cCom}}\end{array}\right]=C^{-1}\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]---\left(12\right)$

将其中的U_aCom作为系统补偿电压的A相电压。对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量以及第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量按照公式（12）进行dq反变换，分别将所得结果中的B相电压和C相电压作为系统补偿电压的B相电压和系统补偿电压的C相电压，这样就得到了系统补偿电压。

在系统电压发生暂降时，计算系统补偿电流具体是：

步骤301：根据负载电流的基波分量计算最终补偿电流的基波分量。

根据图2的电压暂降补偿向量图可知，并联侧补偿电流向量垂直于负载电压向量，其超前滞后关系由暂降深度以及负载功率因数决定。若负载电流基波分量为：

其中为负载功率因数角，则补偿电流基波分量为：

其中，

式中D＝U_S/U_L。

步骤302：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量。对系统补偿电流的基波分量进行dq变换的过程如公式（16）。

$\left[\begin{array}{c}{I_{\mathrm{dJref}}}^{\′}\\ {I_{\mathrm{qJref}}}^{\′}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ja}}\\ I_{\mathrm{Jb}}\\ I_{\mathrm{Jc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ {I_{\mathrm{qL}}}^{\′}-\frac{{I_{\mathrm{dL}}}^{\′}\sqrt{1-D^2}}{D}\end{array}\right]---\left(16\right)$

其中，d′轴与补偿后的负载电压的A相电压矢量重合，q′轴垂直且超前于d′轴。I_dL′与I_qL′为负载电流在d′轴和q′轴的分量，D＝U_S/U_L。I_dJref′和I_qJref′分别为系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

再考虑系统电压发生暂升的情况。系统电压发生暂升时，计算系统补偿电压具体是：

步骤401：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压。

还是以A相系统电压为例，由于发生了电压暂升，第一组虚拟系统电压变为：

根据公式（3）可得第一组虚拟系统电压的补偿电压为：

其中，U_Ja为第一组虚拟系统电压A相补偿电压，U_Jbas为第一组虚拟系统电压B相补偿电压，U_Jcas为第一组虚拟系统电压C相补偿电压，θ为补偿后的负载电压与系统电压的夹角，各相补偿电压之间相差120°。

第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的计算参照公式（17）和（18）。

步骤402：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量。

对第一组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换的过程如公式（19）。

$\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Ja}}\\ U_{\mathrm{Jbas}}\\ U_{\mathrm{Jcas}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)(1-D^{\′2})}\\ D^{\′}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right]---\left(19\right)$

在公式（19）中，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量，D′＝U_L/U_S。

对第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，获得第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量的过程参照公式（19）。

步骤403：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换的过程如公式（20）

$\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aCom}}\\ U_{\mathrm{bCom}}\\ U_{\mathrm{cCom}}\end{array}\right]=C^{-1}\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]---\left(20\right)$

将其中的U_aCom作为系统补偿电压的A相电压。对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量以及第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量按照公式（20）进行dq反变换，分别将所得结果中的B相电压和C相电压作为系统补偿电压的B相电压和系统补偿电压的C相电压，这样就得到了系统补偿电压。

在系统电压发生暂升时，计算系统补偿电流具体是：

步骤501：根据负载电流的基波分量计算最终补偿电流的基波分量。

根据图3的电压暂升补偿向量图可知，并联侧补偿电流向量垂直于负载电压向量。若负载电流基波分量为：

其中为负载功率因数角，则补偿电流基波分量为：

其中，

步骤502：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量。对系统补偿电流的基波分量进行dq变换的过程如公式（24）。

其中，d′轴与补偿后的负载电压的A相电压矢量重合，q′轴垂直且超前于d′轴。I_dJref′和I_qJref′分别为系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

步骤3：根据计算得到的系统补偿电压对统一电能质量调节器串联换流器的输出电压进行调制，使统一电能质量调节器串联换流器的输出电压的三相电压分别等于系统补偿电压的三相电压；将计算得到的系统补偿电流的d′轴和q′轴分量作为基准值，利用双闭环控制方法生成相应的并联换流器调制电压，从而使并联换流器输出电流的d′轴和q′轴分量等于系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

本发明可以适用于各种拓扑结构的UPQC装置，包括并且不局限于单相全桥、三相桥式、三单相桥式以及级联式等等拓扑结构。并且适用于单相系统、三相三线制以及三相四线制系统的UPQC装置。

本发明提出的补偿控制方法，概念清晰，实现简单，计算量小，实现了零有功注入下的UPQC装置电压暂降（暂升）的补偿，提高了设备的稳定性，实现了装置对电压暂降（暂升）的持久以及连续的补偿。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种零有功注入的统一电能质量调节器电压暂降/暂升补偿方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采样系统电压，分别根据系统电压的A相系统电压U_a、B相系统电压U_b和C相系统电压U_c构建虚拟系统电压，包括：

由A相系统电压U_a分别计算B相虚拟电压U_bas和C相虚拟电压U_cas，构建第一组虚拟系统电压；

由B相系统电压U_b分别计算A相虚拟电压U_abs和C相虚拟电压U_cbs，构建第二组虚拟系统电压；

由C相系统电压U_c分别计算A相虚拟电压U_acs和B相虚拟电压U_bcs，构建第三组虚拟系统电压；

步骤2：根据第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或者第三组虚拟系统电压判断系统电压是否发生暂降或者暂升，如果系统电压发生暂降或者暂升，则分别计算系统补偿电压的三相电压和系统补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，d′轴与补偿后的负载电压的A相电压矢量重合，q′轴垂直且超前于d′轴；

步骤3：根据计算得到的系统补偿电压对统一电能质量调节器串联换流器的输出电压进行调制，使统一电能质量调节器串联换流器的输出电压的三相电压分别等于系统补偿电压的三相电压；将计算得到的系统补偿电流的d′轴和q′轴分量作为基准值，生成相应的并联换流器调制电压，从而使并联换流器输出电流的d′轴和q′轴分量等于系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述根据第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或者第三组虚拟系统电压判断系统电压是否发生暂降或者暂升具体是：

步骤101：对第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压或第三组虚拟系统电压进行dq变换，再经滤波器滤除高频分量后保留直流分量，得到虚拟系统电压的d轴和q轴分量；其中，d轴与系统电压的A相电压矢量重合，q轴垂直且超前于d轴；

步骤102：当虚拟系统电压d轴分量平均值低于其额定值的90%时，则系统电压发生电压暂降；当虚拟系统电压d轴分量平均值高于其额定值的110%时，则系统电压发生暂升。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是当系统电压发生暂降时，计算系统补偿电压的三相电压具体是：

步骤201：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压；其中，各组虚拟系统电压的补偿电压的相电压幅值为：U_L为补偿后的负载电压有效值，U_S为系统电压有效值；

步骤202：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量；其中，dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aJ}}\\ U_{\mathrm{bJ}}\\ U_{\mathrm{cJ}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}0\\ \sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right];$ U_aJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的A相补偿电压，U_bJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的B相补偿电压，U_cJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的C相补偿电压，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量，C为dq变换矩阵且

步骤203：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是当系统电压发生暂降时，计算系统补偿电流的d′轴和q′轴分量具体是：

步骤301：根据负载电流的基波分量计算系统补偿电流的基波分量，其计算公式为

其中，

I_L为负载电流有效值，为负载电压与负载电流基波分量的夹角，即功率因数角，D＝U_S/U_L，U_S为系统电压有效值，U_L为补偿后的负载电压有效值；

步骤302：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，对系统补偿电流的基波分量进行dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{I_{\mathrm{dJref}}}^{\′}\\ {I_{\mathrm{qJref}}}^{\′}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ja}}\\ I_{\mathrm{Jb}}\\ I_{\mathrm{Jc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ {I_{\mathrm{qL}}}^{\′}-\frac{{I_{\mathrm{dL}}}^{\′}\sqrt{1-D^2}}{D}\end{array}\right],$ I_dL′与I_qL′分别为负载电流在d′轴和q′轴的分量，D＝U_S/U_L。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是当系统电压发生暂升时，计算系统补偿电压的三相电压具体是：

步骤401：分别计算第一组虚拟系统电压、第二组虚拟系统电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压；其中，各组虚拟系统电压的补偿电压的每相电压的幅值为：

U_L为补偿后的负载电压有效值，U_S为系统电压有效值；

步骤402：分别对第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压进行dq变换，得到第一组虚拟系统电压的补偿电压、第二组虚拟系统电压的补偿电压和第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量，其中，dq变换后得到 $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dJref}}\\ U_{\mathrm{qJref}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{aJ}}\\ U_{\mathrm{bJ}}\\ U_{\mathrm{cJ}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{c}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)(1-D^{\′2})}\\ D^{\′}\sqrt{2(U_L^2-U_S^2)}\end{array}\right];$ U_aJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的A相补偿电压，U_bJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的B相补偿电压，U_cJ为第一组虚拟系统电压/第二组虚拟系统电压/第三组虚拟系统电压的C相补偿电压，U_dJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴分量，U_qJref为第一组虚拟系统电压的补偿电压/第二组虚拟系统电压的补偿电压/第三组虚拟系统电压的补偿电压的q轴分量，C为dq变换矩阵且

D′＝U_L/U_S；

步骤403：对第一组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的A相电压作为系统补偿电压的A相电压；对第二组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的B相电压作为系统补偿电压的B相电压；对第三组虚拟系统电压的补偿电压的d轴和q轴的分量进行dq反变换，保留反变换结果中的C相电压作为系统补偿电压的C相电压。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是当系统电压发生暂升时，计算系统补偿电流的d′轴和q′轴分量具体是：

步骤501：根据负载电流的基波分量计算系统补偿电流的基波分量，其计算公式为

其中，

I_L为负载电流有效值，

为负载电压与负载电流基波分量的夹角，即功率因数角；

步骤502：对系统补偿电流的基波分量进行dq变换，得到补偿电流的d′轴和q′轴分量；其中，对系统补偿电流的基波分量进行dq变换后得到

I_dJref′和I_qJref′分别为系统补偿电流的d′轴和q′轴分量。

Images