CN103501012B - Mmc型upqc并联侧补偿量优化分配控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统中压柔性交流输配电和电力电子控制技术领域，具体涉及一种MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置及方法。该装置由MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器与并联侧补偿量优化分配控制系统相连组成；本发明针对目前电力系统中，灵活多变的各种电力电子元件及非线性负荷的大量使用所造成的中压馈线负荷侧用户中可能同时出现谐波、无功及不平衡电流的现象所造成MMC型UPQC并联侧换流器运行在过载的情况下，提出一种MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置及方法。本发明所提出的补偿量分配控制方法设计简单可靠、物理概念明晰，极大地提高了MMC型统一电能质量调节器的适用范围。

Description

MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统中压柔性交流输配电和电力电子控制技术领域，具体涉及一种MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置及方法。

背景技术

随着含有大量电力电子器件及各种非线性元件的一般性负荷（如三相全桥整流电路、电弧炉等）在电力系统中的广泛应用，电力环境污染问题也变的日益严峻，谐波、不平衡、无功电流质量问题及电压暂降、谐波电压等电压质量问题的同时出现迫切需要一种能够提供综合治理的装置。在诸多电能质量治理装置中，统一电能质量调节器（Unified Power Quality Conditioner，UPQC）集有源滤波器（Active Power Filter，APF）和动态电压恢复器（Dynamic VoltageRestorers，DVR）的功能于一体，通常由两个换流器通过公共直流母线电压连接而成，两个换流器不仅能够解耦分别解决电流、电压质量问题，又能够联合运行实现统一的综合功能。因此在提出之后便得到了国内外学者的广泛关注和研究。

以往，UPQC的两个换流器主要是由两电平、三电平等电压源换流器构成，针对这种拓扑结构若采用开关器件直接串联以提高装置应用的电压等级，由于电平数较低，输出电压谐波大且串联器件的动态均压问题也给实际工程中的实现造成困难。近年来模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）在高压直流输电领域的应用日益成熟，其能够提高直流输电容量及电压等级的优点可以应用于UPQC中，从而使得UPQC在中压领域的应用成为可能。

目前针对UPQC的研究工作主要集中在：拓扑结构，检测控制算法及保护策略等。但是针对补偿容量超过装置并联侧容量限制情况下UPQC的优化输出问题却鲜有涉及。UPQC并联部分的主要功能是提供动态无功补偿、有源滤波和平衡化补偿等。在实际工程中，装置自身的容量在参数设计初期便已确定，而补偿容量则由UPQC装置接入的配电网负荷侧用户的具体情况决定。随着电力行业的发展，城市用电负荷的快速增加，以及各种新能源行业的发展涌现出的新型电气设备使得电力系统负荷侧处在时刻变化的过程当中，因此当出现负荷侧待补偿的容量超出UPQC装置所能提供的最大补偿容量的时候，如何优化设定UPQC补偿谐波、无功及不平衡容量配置以最大程度的满足供电方和用户的共同需求也是亟待解决的关键问题之一。

发明内容

本发明针对目前负荷侧电力用户的增加造成的谐波、无功及不平衡补偿电流超过装置并联侧换流器所能输出最大电流的情况下，UPQC并联侧换流器输出不合理以致于不能高效的发挥UPQC并联侧换流器电流质量问题治理功能的不足，提出了一种MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置及方法。

MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置，该装置由MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器与并联侧补偿量优化分配控制系统相连组成；

并联侧补偿量优化分配控制系统由补偿量分离计算模块、补偿量有效值计算模块、超限判定模块、底层三相PWM调制模块和锁相环模块组成；其中，

补偿量分离计算模块分别与负荷、补偿量有效值计算模块、超限判定模块以及锁相环模块相连；

补偿量有效值计算模块分别与超限判定模块、底层三相PWM调制模块以及MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；

底层三相PWM调制模块与MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；

锁相环模块与中压交流配电网系统相连；

补偿量分离计算模块由负序坐标变换abc/dq单元、第一低通滤波器、第二低通滤波器、负序反坐标变换dq/abc单元、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元、坐标变换abc/dq单元、第三低通滤波器、第二运算单元、反坐标变换dq/abc单元、第五运算单元、傅里叶变换单元、第三运算单元和第六运算单元组成；

其中，

负序坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第一低通滤波器、第二低通滤波器和锁相环模块相连；

负序反坐标变换abc/dq单元分别与第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元和锁相环模块相连；

第一运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块、锁相环单元和补偿量有效值计算模块相连；

坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第三低通滤波器和锁相环模块相连；

第二运算单元分别与反坐标变换dq/abc单元、第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元和超限判定模块相连；

反坐标变换dq/abc单元分别与第五运算单元、锁相环模块和补偿量有效值计算模块相连；

傅里叶变换单元分别与负荷、锁相环模块和第三运算单元相连；

第三运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块和补偿量有效值计算模块相连。

MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：补偿量分离计算模块采集负荷侧的三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，分离出负荷侧三相电流中的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，并计算得到谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln；

（1）补偿量分离计算模块的负序坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2和q相电流i′_lq2：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ld}2}^{\′}\\ i_{\mathrm{lq}2}^{\′}\end{array}\right]=T_{\mathrm{abc}}^{\mathrm{dq}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{loada}}\\ i_{\mathrm{loadc}}\\ i_{\mathrm{loadb}}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{abc}}^{\mathrm{dq}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\θ}& \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ -\cos \mathrm{\θ}& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right];$

其中，为从abc三相坐标系变换到负序dq两相坐标系的负序变换矩阵，θ是由锁相环模块根据中压交流配电网系统侧三相电压u_sa、u_sb、u_sc得出的同步角度；

负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2经第一低通滤波器得到该基波电流的d相分量i_dref1；q相电流i′_lq2经第二低通滤波器得到该基波电流的q相分量i_qref1；

负序坐标变换abc/dq单元接收第一低通滤波器送来的基波电流的d相分量i_dref1，以及第二低通滤波器送来的基波电流的q相分量i_qref1，根据下式通过dq-abc坐标变换后得到不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n：

$\left[\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{La},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lb},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lc},1n}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}1}\\ i_{\mathrm{qref}1}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\\ \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right],$

其中，为从负序dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

锁相环单元根据三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n得出同步角度θ′，并输入到第一运算单元备用；

三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n通过第一运算单元得到重构三相电流不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，其中，i_La,1n=i^* _La,1n、i_Lb,1n=i^* _Lb,1n、i_Lc,1n=i^* _Lc,1n；

（2）补偿量分离计算模块的坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh：

$i_{\mathrm{lqh}}^{\′}=-\frac{2}{3}[i_{\mathrm{loada}}\cos \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{loadb}}\cos (\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+i_{\mathrm{loadc}}\cos (\mathrm{\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})];$

dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh经第三低通滤波器得到其基波电流的q相分量i_lqh；

反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{La},1x}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lb},1x}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}^{\′}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

（3）负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc通过傅里叶变换单元分别得到各相5次、7次……6k±1次谐波分量的幅值mag_a5，…，mag_a(6k±1)；mag_b5，…，mag_b(6k±1)；mag_c5，…，mag_c(6k±1)；以及对应的相位角ph_a5，…，ph_a(6k±1)；ph_b5，…，ph_b(6k±1)；ph_c5，…，ph_c(6k±1)；经第三运算电路根据下式到谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch:

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Lah}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ah}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ah}})\\ i_{\mathrm{Lbh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{bh}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{bh}})\\ i_{\mathrm{Lch}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ch}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ch}})\end{array}\right.;$

其中，h代表谐波次数，h=5,7,……,6k±1；k为正整数；ω为工频角速度；

（4）不平衡分量经第四运算单元由式得到其有效值I_Ln、无功分量经第五运算单元由式得到其有效值I_Lx、谐波分量经第六运算单元由式得到其有效值I_Lh；

步骤2：补偿量有效值计算模块计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1及其有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，有功电流偏差量i_p的有效值I_p；

补偿量有效值计算模块计算过程如下：

（1）根据采集到的公共直流母线电压U_dc，以及设定的直流母线电压参考值U_{dc_ref}，由下式计算得到含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p：

$i_p=k_p(U_{\mathrm{dc}}-U_{\mathrm{dc}\_\mathrm{ref}})+k_i\∫(U_{\mathrm{dc}}-U_{\mathrm{dc}\_\mathrm{ref}})\mathrm{dt};$

其中，k_p为外环PI调节模块的比例系数，ki为积分系数；

（2）根据下式将含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p通过dq-abc坐标变换后得到三相有功电流偏差量i_ap、i_bp和i_cp：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ap}}=i_p\sin \mathrm{\θ}\\ i_{\mathrm{bp}}=i_p\sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ i_{\mathrm{cp}}=i_p\sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right.;$

（3）根据补偿量分离计算模块得到的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n以及三相电流i_ap、i_bp和i_cp，由下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

（4）由下式分别计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1的有效值I_suma、i^* _cb1的有效值I_sumb、i^* _cc1的有效值I_sumc和有功电流偏差量i_p的有效值I_p：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{sumj}}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{{i^{*}}_{\mathrm{cj}1}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\\ I_p=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{i}_{\mathrm{ap}}\left(t\right)\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

其中，T为工频周期，j=a,b,c；

步骤3：超限判定模块首先根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大电流有效值I_max：

$I_{\max }=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_N};$

其中，S_N为MMC型UPQC并联侧换流器的额定容量；U_N为额定线电压；

然后超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的三相待补偿电流分量的有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，若满足下式中任何一个公式：

I_suma≥I_max；

I_sumb≥I_max；

I_sumc≥I_max；

则需要进行谐波分量、无功分量和不平衡分量的优化分配控制，执行步骤4；否则，执行步骤7；

步骤4：超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的含有直流电压信息的有功电流偏差量的有效值I_p，根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大补偿电流有效值I_c：

I_c=I_max-I_p；

步骤5：超限判定模块根据负荷侧用户记录的过去N天内负荷电流中出现谐波、无功及不平衡三类电流电能质量事件，在MMC型UPQC挂接的中压交流配电网对负荷侧用户所造成的经济损失费用,由下式计算得到过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量事件所造成的平均经济损失费用和其中N为设定值，

${\stackrel{\‾}{E}}_h=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nh}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{hi}}/\mathrm{nh}$

${\stackrel{\‾}{E}}_x=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nx}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{xi}}/\mathrm{nx};$

${\stackrel{\‾}{E}}_n=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nn}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{ni}}/\mathrm{nn}$

其中，E_hi为过去N天各次谐波电流事件所造成的经济损失费用；E_xi为过去N天各次无功电流事件所造成的经济损失费用；E_ni为过去N天各次不平衡电流事件所造成的经济损失费用；nh、nx、nn分别为谐波、无功及不平衡三种电流电能质量事件在过去N天发生的次数；

步骤6：补偿量分离计算模块首先根据超限判定模块传递过来的过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量所造成的平均经济损失费用和之间的关系，以及最大补偿电流有效值I_c与谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln之间的关系，得出再分配后重构的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lb,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n；

然后再根据下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

步骤7：底层三相PWM调制模块接收补偿量有效值计算模块输入的三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1，按照三相载波移相PWM调制方法计算得到MMC型UPQC的并联侧换流器所有桥臂的所有子模块IGBT的触发信号；

步骤8：MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器根据底层三相PWM调制模块输入的触发信号，向中压交流配电网负荷侧输出三相补偿电流值i_ca、i_cb、i_cc。

本发明的有益效果：

第一，本发明所提出的补偿量优化分配控制方法有效的解决了MMC型统一电能质量调节器在并联侧补偿容量不足的情况下，对谐波、无功及不平衡电流的再分配问题。

第二，本发明针对控制器容量已确定而负荷侧用户处于变动的情况，UPQC可以根据谐波、无功及不平衡电流对当地负荷侧用户的经济损失影响对并联侧换流器可输出的有限的补偿电流进行优化分配，为用户提供定制化的服务，实现了装置的高智能化运行。

第三，本发明所提出的补偿量分配控制方法设计简单可靠、物理概念明晰，极大地提高了MMC型统一电能质量调节器的适用范围。

附图说明

图1是本发明提供的MMC型UPQC拓扑结构示意图；

图2是子模块结构示意图；

图3是并联侧补偿量优化分配控制系统的整体结构示意图；

图4是补偿量分离计算模块的结构示意图；

图5是本发明的整体控制的流程图；

图6是实施例中的进行再分配前负荷侧的三相电流中无功分量、谐波分量以及不平衡分量的仿真波形；

图7是实施例中的按照补偿量分配优先级别进行再分配后MMC型UPQC的并联侧换流器需要输出的无功分量、谐波分量以及不平衡分量的仿真波形；

图8是实施例中的进行再分配前后的不平衡分量的仿真波形对比；其中i^* _La,1n、i^* _Lb,1n、i^* _Lc,1n代表再分配前的不平衡分量，i_La,1n、i_La,1n、i_La,1n代表再分配后的不平衡分量；

图9是实施例中的负荷侧的三相电流、MMC型UPQC的并联侧换流器输出的三相补偿电流以及补偿后中压交流配电网系统的三相电流的仿真波形。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实例作进一步的详细说明。

本发明所要解决的技术问题是针对目前电力系统中，灵活多变的各种电力电子元件及非线性负荷的大量使用所造成的中压馈线负荷侧用户中可能同时出现谐波、无功及不平衡电流的现象所造成MMC型UPQC并联侧换流器运行在过载情况下，提出一种并联侧换流器实际输出的谐波、无功及不平衡三种电流分量的再分配优化控制问题。

本发明通过PSCAD/EMTDC软件平台搭建中压交流配电网系统、负荷、MMC型UPQC仿真拓扑结构及并联侧补偿量优化分配控制方法所需的运算模块与运算单元。

图1是本发明的整体结构示意图，如图1所示，由MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器与并联侧补偿量优化分配控制系统相连组成；其中，MMC型统一电能质量调节器包括串联耦合变压器、串联侧MMC和并联侧换流器；中压交流配电网系统通过交流母线与串联耦合变压器相连；中压交流配电网系统经交流母线后通过信号线与优化分配控制系统相连；串联侧MMC与串联耦合变压器相连；串联侧MMC和并联侧换流器通过公共直流母线相连；并联侧换流器与负荷相连；优化分配控制系统通过光纤与并联侧换流器相连；负荷通过信号线与优化分配控制系统相连。

如图2所示，子模块由第一IGBT、第一二极管、第二IGBT、第二二极管和子模块电容组成；其中，子模块电容分别与第一IGBT、第二IGBT、第一二极管和第二二极管分别相连；第一IGBT和第二IGBT串联；第一二极管反相与第二IGBT并联；第二二极管反相与第二IGBT并联。

如图3所示，并联侧补偿量优化分配控制系统由补偿量分离计算模块、补偿量有效值计算模块、超限判定模块、底层三相PWM调制模块和锁相环模块组成；其中，补偿量分离计算模块分别与负荷、补偿量有效值计算模块、超限判定模块以及锁相环模块相连；补偿量有效值计算模块分别与超限判定模块、底层三相PWM调制模块以及MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；底层三相PWM调制模块与MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；锁相环模块与中压交流配电网系统相连；

如图4所示，补偿量分离计算模块由负序坐标变换abc/dq单元、第一低通滤波器、第二低通滤波器、负序反坐标变换dq/abc单元、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元、坐标变换abc/dq单元、第三低通滤波器、第二运算单元、反坐标变换dq/abc单元、第五运算单元、傅里叶变换单元、第三运算单元和第六运算单元组成；其中，负序坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第一低通滤波器、第二低通滤波器和锁相环模块相连；负序反坐标变换abc/dq单元分别与第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元和锁相环模块相连；第一运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块、锁相环单元和补偿量有效值计算模块相连；坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第三低通滤波器和锁相环模块相连；第二运算单元分别与反坐标变换dq/abc单元、第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元和超限判定模块相连；反坐标变换dq/abc单元分别与第五运算单元、锁相环模块和补偿量有效值计算模块相连；傅里叶变换单元分别与负荷、锁相环模块和第三运算单元相连；第三运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块和补偿量有效值计算模块相连。

如图5所示，MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制方法的具体实施操作，包括的步骤如下：

步骤1：补偿量分离计算模块采集负荷侧的三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，分离出负荷侧三相电流中的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，并计算得到谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln；

（1）补偿量分离计算模块的负序坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2和q相电流i′_lq2：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ld}2}^{\′}\\ i_{\mathrm{ld}2}^{\′}\end{array}\right]=T_{\mathrm{abc}}^{\mathrm{dq}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{loada}}\\ i_{\mathrm{loadc}}\\ i_{\mathrm{loadb}}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{abc}}^{\mathrm{dq}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\θ}& \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ -\cos \mathrm{\θ}& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right];$

其中，为从abc三相坐标系变换到负序dq两相坐标系的负序变换矩阵，θ是由锁相环模块根据中压交流配电网系统侧三相电压u_sa、u_sb、u_sc得出的同步角度；

负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2经第一低通滤波器得到该基波电流的d相分量i_dref1；q相电流i′_lq2经第二低通滤波器得到该基波电流的q相分量i_qref1；

负序坐标变换abc/dq单元接收第一低通滤波器送来的基波电流的d相分量i_dref1，以及第二低通滤波器送来的基波电流的q相分量i_qref1，根据下式通过dq-abc坐标变换后得到不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n：

$\left[\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{La},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lb},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lc},1n}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}1}\\ i_{\mathrm{qref}1}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\\ \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right],$

其中，为从负序dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

锁相环单元根据三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n得出同步角度θ′，并输入到第一运算单元备用；

三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n通过第一运算单元得到重构三相电流不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，其中，i_La,1n=i^* _La,1n、i_Lb,1n=i^* _Lb,1n、i_Lc,1n=i^* _Lc,1n；

（2）补偿量分离计算模块的坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh：

$i_{\mathrm{lqh}}^{\′}=-\frac{2}{3}[i_{\mathrm{loada}}\cos \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{loadb}}\cos (\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+i_{\mathrm{loadc}}\cos (\mathrm{\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})];$

dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh经第三低通滤波器得到其基波电流的q相分量i_lqh；

反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{La},1x}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lb},1x}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}^{\′}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ \sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)& -\cos (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

（3）负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc通过傅里叶变换单元分别得到各相5次、7次……6k±1次谐波分量的幅值mag_a5，…，mag_a(6k±1)；mag_b5，…，mag_b(6k±1)；mag_c5，…，mag_c(6k±1)；以及对应的相位角ph_a5，…，ph_a(6k±1)；ph_b5，…，ph_b(6k±1)；ph_c5，…，ph_c(6k±1)；经第三运算电路根据下式到谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch:

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Lah}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ah}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ah}})\\ i_{\mathrm{Lbh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{bh}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{bh}})\\ i_{\mathrm{Lch}}=\underset{h=5}{\overset{6k\±1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ch}}\cos (\mathrm{h\ωt}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ch}})\end{array}\right.;$

其中，h代表谐波次数，h=5,7,……,6k±1；k为正整数；ω为工频角速度；

（4）不平衡分量经第四运算单元由式得到其有效值I_Ln、无功分量经第五运算单元由式得到其有效值I_Lx、谐波分量经第六运算单元由式得到其有效值I_Lh；

步骤2：补偿量有效值计算模块计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1及其有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，有功电流偏差量i_p的有效值I_p；

补偿量有效值计算模块计算过程如下：

（1）根据采集到的公共直流母线电压U_dc，以及设定的直流母线电压参考值U_{dc_ref}，由下式计算得到含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p：

$i_p=k_p(U_{\mathrm{dc}}-U_{\mathrm{dc}\_\mathrm{ref}})+k_i\∫(U_{\mathrm{dc}}-U_{\mathrm{dc}\_\mathrm{ref}})\mathrm{dt};$

其中，k_p为外环PI调节模块的比例系数，k_i为积分系数；

（2）根据下式将含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p通过dq-abc坐标变换后得到三相有功电流偏差量i_ap、i_bp和i_cp：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ap}}=i_p\sin \mathrm{\θ}\\ i_{\mathrm{bp}}=i_p\sin (\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)\\ i_{\mathrm{cp}}=i_p\sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right.;$

（3）根据补偿量分离计算模块得到的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n以及三相电流i_ap、i_bp和i_cp，由下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

（4）由下式分别计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1的有效值I_suma、i^* _cb1的有效值I_sumb、i^* _cc1的有效值I_sumc和有功电流偏差量i_p的有效值I_p：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{sumj}}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{{i^{*}}_{\mathrm{cj}1}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\\ I_p=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{i}_{\mathrm{ap}}\left(t\right)\mathrm{dt}}\end{array}\right.$

其中，T为工频周期，j=a,b,c；

步骤3：超限判定模块首先根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大电流有效值I_max：

$I_{\max }=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_N};$

其中，S_N为MMC型UPQC并联侧换流器的额定容量；U_N为额定线电压；

然后超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的三相待补偿电流分量的有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，若满足下式中任何一个公式：

I_suma≥I_max；

I_sumb≥I_max；

I_sumc≥I_max；

则需要进行谐波分量、无功分量和不平衡分量的优化分配控制，执行步骤4；否则，执行步骤7；

步骤4：超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的含有直流电压信息的有功电流偏差量的有效值I_p，根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大补偿电流有效值I_c：

I_c=I_max-I_p；

步骤5：超限判定模块根据负荷侧用户记录的过去N天内负荷电流中出现谐波、无功及不平衡三类电流电能质量，在MMC型UPQC挂接的中压交流配电网对负荷侧用户所造成的经济损失费用,由下式计算得到过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量所造成的平均经济损失费用和其中N为设定值，

${\stackrel{\‾}{E}}_h=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nh}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{hi}}/\mathrm{nh}$

${\stackrel{\‾}{E}}_x=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nx}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{xi}}/\mathrm{nx};$

${\stackrel{\‾}{E}}_n=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nn}}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{ni}}/\mathrm{nn}$

其中，E_hi为过去N天各次谐波电流事件所造成的经济损失费用；E_xi为过去N天各次无功电流事件所造成的经济损失费用；E_ni为过去N天各次不平衡电流事件所造成的经济损失费用；nh、nx、nn分别为谐波、无功及不平衡三种电流电能质量事件在过去N天发生的次数；

步骤6：补偿量分离计算模块首先根据超限判定模块传递过来的过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量所造成的平均经济损失费用和之间的关系，以及最大补偿电流有效值I_c与谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln之间的关系，得出再分配后重构的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lb,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n；

根据过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量所造成的平均经济损失费用和之间的关系，以及最大补偿电流有效值I_c与谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln之间的关系有如下12种情况：

（1）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Lx}})<I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Lx}})<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元根据下式重构再分配后的不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n：

$i_{\mathrm{La},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}}-I_{\mathrm{Lx}})\sin {\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}$

$i_{\mathrm{Lb},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}}-I_{\mathrm{Lx}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3);$

$i_{\mathrm{Lc},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}}-I_{\mathrm{Lx}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3)$

（2）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Lx}})>I_c\\ I_{\mathrm{Lh}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元重构再分配后的不平衡分量i_La,1n=i_Lb,1n=i_Lc,1n=0；第二运算单元根据式计算得到基波电流的q相电流i_qref3，反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到再分配后的无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La},1x}\\ i_{\mathrm{Lb},1x}\\ i_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

（3）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ I_{\mathrm{Lh}}<I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ I_{\mathrm{Lh}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元重构再分配后的不平衡分量i_La,1n=i_Lb,1n=i_Lc,1n=0；第二运算单元重构再分配后的无功分量i_La，1x=i_Lb，1x=i_Lc，1x=0；第三运算单元首先判定是否满足若是，则根据式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；若否，则判定是否满足若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}={\mathrm{mag}}_{j5}\cos (5\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j5})+(\sqrt{2}{I}_c-{\mathrm{mag}}_{j5})\cos (7\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j7})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，若否，则……，判定是否满足若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{jh}})+(\sqrt{2}{I}_c-\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}})\cos ((6k\&PlusMinus;3)\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j(6k\&PlusMinus;3)})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；其中，j=a,b,c；

（4）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Lx}})<I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Ln}})<I_c\end{array}\right.,$ 则第二运算单元根据式计算得到基波电流的q相电流i_qref3，反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到再分配后的无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La},1x}\\ i_{\mathrm{Lb},1x}\\ i_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

（5）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Ln}})>I_c\\ I_{\mathrm{Lh}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算根据下式重构再分配后的不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n：

$i_{\mathrm{La},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}})\sin {\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}$

$i_{\mathrm{Lb},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3);$

$i_{\mathrm{Lc},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lh}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3)$

第二运算单元重构再分配后的无功分量i_La,1x=i_Lb,1x=i_Lc,1x=0；

（6）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Lx}})>I_c\\ I_{\mathrm{Lx}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元重构再分配后的不平衡分量i_La,1n=i_Lb,1n=i_Lc,1n=0；第三运算单元首先判定是否满足若是，则根据式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；若否，则判定是否满足若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}={\mathrm{mag}}_{j5}\cos (5\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j5})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}})-{\mathrm{mag}}_{j5})\cos (7\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j7})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，若否，则……，判定是否满足若是，则根据下式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；其中，j=a,b,c；

$i_{\mathrm{Ljh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{jh}})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}})-\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}})\cos ((6k\&PlusMinus;3)\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j(6k\&PlusMinus;3)});$

（7）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ I_{\mathrm{Lx}}<I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ I_{\mathrm{Lx}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元重构再分配后的不平衡分量i_La,1n=i_Lb,1n=i_Lc,1n=0；第二运算单元根据式计算得到基波电流的q相电流i_qref3，反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到再分配后的无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La},1x}\\ i_{\mathrm{Lb},1x}\\ i_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

第三运算单元重构再分配后的谐波分量i_Lah=i_Lbh=i_Lch=0；

（8）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ (I_{\mathrm{Ln}}+I_{\mathrm{Lx}})<I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ (I_{\mathrm{Ln}}+I_{\mathrm{Lx}})<I_c\end{array}\right.,$ 则第三运算单元首先判定是否满足 $\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}}-I_{\mathrm{Ln}})\&le;{\mathrm{mag}}_{j5},$ 若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}}-I_{\mathrm{Ln}})\cos (5\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j5})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；若否，则判定是否满足若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}={\mathrm{mag}}_{j5}\cos (5\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j5})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}}-I_{\mathrm{Ln}})-{\mathrm{mag}}_{j5})\cos (7\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j7})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，若否，则……，判定是否满足若是，则根据下式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；其中，j=a,b,c；

$i_{\mathrm{Ljh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{jh}})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}}-I_{\mathrm{Ln}})-\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}})\cos ((6k\&PlusMinus;3)\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j(6k\&PlusMinus;3)});$

（9）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x\\ (I_{\mathrm{Lx}}+I_{\mathrm{Ln}})>I_c\\ I_{\mathrm{Lx}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元根据下式重构再分配后的不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n：

$i_{\mathrm{La},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}})\sin {\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}$ $i_{\mathrm{Lb},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3);$

$i_{\mathrm{Lc},1n}=\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Lx}})\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}-2\mathrm{\&pi;}/3)$

第三运算单元重构再分配后的谐波分量i_Lah=i_Lbh=i_Lch=0；

（10）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ (I_{\mathrm{Lh}}+I_{\mathrm{Ln}})>I_c\\ I_{\mathrm{Ln}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第二运算单元重构再分配后的无功分量i_La,1x=i_Lb,1x=i_Lc,1x=0；第三运算单元首先判定是否满足若是，则根据式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；若否，则判定是否满足若是，则根据式 $i_{\mathrm{Ljh}}={\mathrm{mag}}_{j5}\cos (5\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j5})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Ln}})-{\mathrm{mag}}_{j5})\cos (7\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j7})$ 重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，若否，则……，判定是否满足若是，则根据下式重构再分配后的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch；其中，j=a,b,c；

$i_{\mathrm{Ljh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{jh}})+(\sqrt{2}(I_c-I_{\mathrm{Ln}})-\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{jh}})\cos ((6k\&PlusMinus;3)\mathrm{\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{j(6k\&PlusMinus;3)});$

（11）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ I_{\mathrm{Ln}}>I_c\end{array}\right.$ 或者 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ I_{\mathrm{Ln}}>I_c\end{array}\right.,$ 则第一运算单元根据下式重构再分配后的不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n：

$i_{\mathrm{La},1n}=\sqrt{2}{I}_c\sin {\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}$

$i_{\mathrm{Lb},1n}=\sqrt{2}{I}_c\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}+2\mathrm{\&pi;}/3);$

$i_{\mathrm{Lc},1n}=\sqrt{2}{I}_c\sin ({\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}-2\mathrm{\&pi;}/3)$

第二运算单元重构再分配后的无功分量i_La,1x=i_Lb,1x=i_Lc,1x=0；

第三运算单元重构再分配后的谐波分量i_Lah=i_Lbh=i_Lch=0；

（12）若 $\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x<{\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n\\ (I_{\mathrm{Lx}}+I_{\mathrm{Ln}})>I_c\\ I_{\mathrm{Ln}}<I_c\end{array}\right.,$ 则第二运算单元根据式计算得到基波电流的q相电流i_qref3，反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到再分配后的无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La},1x}\\ i_{\mathrm{Lb},1x}\\ i_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}=}\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

第二运算单元重构配后的谐波分量i_Lah=i_Lbh=i_Lch=0；

然后补偿量分离计算模块再根据下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

步骤7：底层三相PWM调制模块接收补偿量有效值计算模块输入的三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1，按照三相载波移相PWM调制方法计算得到MMC型UPQC的并联侧换流器所有桥臂的所有子模块IGBT的触发信号；

步骤8：MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器根据底层三相PWM调制模块输入的触发信号，向中压交流配电网负荷侧输出三相补偿电流值i_ca、i_cb、i_cc。

在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建了如图1所示的1kV中压交流配电网配电专线含有MMC型UPQC及其并联侧补偿量分配控制装置的仿真实验模型。该仿真模型模拟了已根据平均经济损失费用的高低设定谐波分量最优先、其次无功分量、再次不平衡分量的分配优先级别情况下，1kV中压配电网某条专线，经容量为20kVA的MMC型UPQC连接60kVA的线性与非线性负荷，其中谐波负荷为三相不控桥整流电路、无功负荷为0.1H电抗，不平衡负荷为三相3Ω、3Ω、5Ω电阻。MMC各相各桥臂子模块的数目选择为14个，耦合变压器选择容量为16kVA，变比1:1的三个单相隔离升压变压器。仿真结果如图6～9所示，其中图6纵坐标分别为再分配前负荷侧三项电流中的无功分量、谐波分量及不平衡分量，分别为0.001kA/格、0.002kA/格、0.002kA/格，横坐标为时间，0.02s/格；图7为谐波分量最优先、其次无功分量、再次不平衡分量的分配优先级别进行再分配后MMC型UPQC的并联侧换流器需要输出的无功分量、谐波分量以及不平衡分量，分别为0.001kA/格、0.002kA/格、0.002kA/格，横坐标为时间，0.02s/格；图8纵坐标为该仿真情况下，再分配前负荷侧三相电流中的三相不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n、i^* _Lc,1n以及再分配后并联侧换流器需要输出的三相不平衡分量i_La,1n、i_La,1n、i_La,1n，0.002kA/格，横坐标为时间，0.02s/格；图9纵坐标为该仿真情况下，负荷侧三相电流、采用本发明并联侧补偿量分配控制方法后并联侧换流器输出的三相补偿电流以及采用本发明并联侧补偿量分配控制方法后系统侧三相电流，分别为0.02kA/格、0.005kA/格、0.02kA/格，横坐标为时间，0.02_s/格。

由图6～9，通过1kV中压交流配电网配电专线含有MMC型UPQC及其并联侧补偿量分配控制装置的仿真实验模型，在设定谐波分量最优先、其次无功分量、再次不平衡分量的分配优先级别情况下的仿真结果，可以看出本发明的补偿量分配控制方法实现了当负荷侧三相电流中待补偿分量有效值超过MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大补偿电流有效值时，并联侧换流器对负荷侧三相电流中的谐波分量、无功分量的完全补偿以及对不平衡分量的部分补偿，保证了系统三相电流是正弦有功电流。在补偿量分配控制方法的作用下，并联侧换流器输出的谐波分量、无功分量与从负荷侧三相电流中分离出来的谐波分量、无功分量相同，根据优先级别优先进行补偿；不平衡分量根据并联侧换流器所能输出的最大补偿电流有效值计算得出，并由并联侧换流器提供部分的补偿。本发明显著地提高了MMC型UPQC在负荷侧三相电流中待补偿超过并联侧换流器所能输出的的电压暂降补偿幅值范围，改善了调节器的性能，极大提高了电网运行的安全稳定性和经济性。

Claims (2)

1.MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制装置，其特征在于，该装置由MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器与并联侧补偿量优化分配控制系统相连组成；

并联侧补偿量优化分配控制系统由补偿量分离计算模块、补偿量有效值计算模块、超限判定模块、底层三相PWM调制模块和锁相环模块组成；其中，

补偿量分离计算模块分别与负荷、补偿量有效值计算模块、超限判定模块以及锁相环模块相连；

补偿量有效值计算模块分别与超限判定模块、底层三相PWM调制模块以及MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；

底层三相PWM调制模块与MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器相连；

锁相环模块与中压交流配电网系统相连；

补偿量分离计算模块由负序坐标变换abc/dq单元、第一低通滤波器、第二低通滤波器、负序反坐标变换dq/abc单元、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元、坐标变换abc/dq单元、第三低通滤波器、第二运算单元、反坐标变换dq/abc单元、第五运算单元、傅里叶变换单元、第三运算单元和第六运算单元组成；其中，

负序坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第一低通滤波器、第二低通滤波器和锁相环模块相连；

负序反坐标变换abc/dq单元分别与第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一运算单元、第四运算单元、锁相环单元和锁相环模块相连；

第一运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块、锁相环单元和补偿量有效值计算模块相连；

坐标变换abc/dq单元分别与负荷、第三低通滤波器和锁相环模块相连；

第二运算单元分别与反坐标变换dq/abc单元、第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元和超限判定模块相连；

反坐标变换dq/abc单元分别与第五运算单元、锁相环模块和补偿量有效值计算模块相连；

傅里叶变换单元分别与负荷、锁相环模块和第三运算单元相连；

第三运算单元分别与第四运算单元、第五运算单元、第六运算单元、超限判定模块和补偿量有效值计算模块相连。

2.MMC型UPQC并联侧补偿量优化分配控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：补偿量分离计算模块采集负荷侧的三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，分离出负荷侧三相电流中的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，并计算得到谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln；

(1)补偿量分离计算模块的负序坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2和q相电流i′_lq2：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ld}2}^{\&prime;}\\ i_{\mathrm{lq}2}^{\&prime;}\end{array}\right]=T_{\mathrm{abc}}^{\mathrm{dq}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{loada}}\\ i_{\mathrm{loadc}}\\ i_{\mathrm{loadb}}\end{array}\right],$

其中，为从abc三相坐标系变换到负序dq两相坐标系的负序变换矩阵，θ是由锁相环模块根据中压交流配电网系统侧三相电压u_sa、u_sb、u_sc得出的同步角度；

负序dq两相坐标系下的d相电流i′_ld2经第一低通滤波器得到该坐标系下的d相直流分量i_dref1；q相电流i′_lq2经第二低通滤波器得到该坐标系下的q相直流分量i_qref1；

负序坐标变换abc/dq单元接收第一低通滤波器送来的d相直流分量i_dref1，以及第二低通滤波器送来的q相直流分量i_qref1，根据下式通过dq-abc坐标变换后得到不平衡分量i^* _La，1n、i^* _Lb，1n和i^* _Lc，1n：

$\left[\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{La},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lb},1n}\\ {i^{*}}_{\mathrm{Lc},1n}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dref}1}\\ i_{\mathrm{qref}1}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\mathrm{cso}(\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从负序dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

锁相环单元根据三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n得出同步角度θ′，并输入到第一运算单元备用；

三相电流不平衡分量i^* _La,1n、i^* _Lb,1n和i^* _Lc,1n通过第一运算单元得到重构三相电流不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n，其中，i_La,1n＝i^* _La,1n、i_Lb,1n＝i^* _Lb,1n、i_Lc,1n＝i^* _Lc,1n；

(2)补偿量分离计算模块的坐标变换abc/dq单元将采集的负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc，根据下式得到dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh：

$i_{\mathrm{lqh}}^{\&prime;}=-\frac{2}{3}[i_{\mathrm{loada}}\cos \mathrm{\&theta;}+i_{\mathrm{loadb}}\cos (\mathrm{\&theta;}-\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3})+i_{\mathrm{loadc}}\cos (\mathrm{\&theta;}+\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3})];$

dq两相坐标系下的q相电流i′_lqh经第三低通滤波器得到该坐标系下的q相直流分量i_lqh；

反坐标变换dq/abc单元根据下式通过dq-abc坐标变换后得到无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La},1x}\\ i_{\mathrm{Lb},1x}\\ i_{\mathrm{Lc},1x}\end{array}\right]=T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}\left[\begin{array}{c}0\\ i_{\mathrm{qref}3}^{\&prime;}\end{array}\right],$ 其中， $T_{\mathrm{dq}}^{\mathrm{abc}}=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&theta;}& -\cos \mathrm{\&theta;}\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)& -\cos (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)& -\mathrm{cso}(\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right],$

其中，为从dq两相坐标系变换到abc三相坐标系的变换矩阵；

(3)负荷侧三相电流i_loada、i_loadb和i_loadc通过傅里叶变换单元分别得到各相5次、7次……6k±1次谐波分量的幅值mag_a5，…，mag_a(6k±1)；mag_b5，…，mag_b(6k±1)；mag_c5，…，mag_c(6k±1)；以及对应的相位角ph_a5，…，ph_a(6k±1)；ph_b5，…，ph_b(6k±1)；ph_c5，…，ph_c(6k±1)；经第三运算电路根据下式到谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch:

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{Lah}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ah}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ah}})\\ i_{\mathrm{Lbh}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{bh}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{bh}})\\ i_{\mathrm{Lch}}=\underset{h=5}{\overset{6k\&PlusMinus;1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{mag}}_{\mathrm{ch}}\cos (\mathrm{h\&omega;t}+{\mathrm{ph}}_{\mathrm{ch}})\end{array}\right.$

其中，h代表谐波次数，h＝5,7,……,6k±1；k为正整数；ω为工频角速度；

(4)不平衡分量经第四运算单元由式得到其有效值I_Ln、无功分量经第五运算单元由式得到其有效值I_Lx、谐波分量经第六运算单元由式得到其有效值I_Lh，其中，t为时间；

步骤2：补偿量有效值计算模块计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1及其有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，有功电流偏差量i_p的有效值I_p；

补偿量有效值计算模块计算过程如下：

(1)根据采集到的公共直流母线电压U_dc，以及设定的直流母线电压参考值U_{dc_ref}，由下式计算得到含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p：

i_p＝k_p(U_dc-U_{dc_ref})+k_i∫(U_dc-U_{dc_ref})dt，

其中，k_p为外环PI调节模块的比例系数，k_i为积分系数；

(2)根据下式将含有直流电压信息的有功电流偏差量i_p通过dq-abc坐标变换后得到三相有功电流偏差量i_ap、i_bp和i_cp：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ap}}=i_p\sin \mathrm{\&theta;}\\ i_{\mathrm{bp}}=i_p\sin (\mathrm{\&theta;}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ i_{\mathrm{cp}}=i_p\sin (\mathrm{\&theta;}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right.;$

(3)由下式计算得到有功电流偏差量i_p的有效值I_p：

$I_p=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{i}_{\mathrm{ap}}\left(t\right)\mathrm{dt}};$

(4)根据补偿量分离计算模块得到的谐波分量i_Lah、i_Lbh和i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x和i_Lc,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n和i_Lc,1n以及三相电流i_ap、i_bp和i_cp，由下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1和i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

(5)由下式分别计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1的有效值I_suma、i^* _cb1的有效值I_sumb、i^* _cc1的有效值I_sumc：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{suma}}=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\\ I_{\mathrm{sumb}}=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{{i^{*}}_{\mathrm{cb}1}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\\ I_{\mathrm{sumc}}=\sqrt{\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^T{{i^{*}}_{\mathrm{cc}1}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}\end{array}\right.,$

其中，T为工频周期；

步骤3：超限判定模块首先根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大电流有效值I_max：

$I_{\max }=\frac{S_N}{\sqrt{3}U},$

其中，S_N为MMC型UPQC并联侧换流器的额定容量；U_N为额定线电压；

然后超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的三相待补偿电流分量的有效值I_suma、I_sumb和I_sumc，若满足下式中任何一个公式：

I_suma≥I_max；

I_sumb≥I_max；

I_sumc≥I_max；

则需要进行谐波分量、无功分量和不平衡分量的优化分配控制，执行步骤4；否则，执行步骤7；

步骤4：超限判定模块接收补偿量有效值计算模块传递过来的含有直流电压信息的有功电流偏差量的有效值I_p，根据下式计算得到MMC型UPQC并联侧换流器所能输出的最大补偿电流有效值I_c：

I_c＝I_max-I_p；

步骤5：超限判定模块根据负荷侧用户记录的过去N天内负荷电流中出现谐波、无功及不平衡三类电流电能质量事件，在MMC型UPQC挂接的中压交流配电网对负荷侧用户所造成的经济损失费用,由下式计算得到过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量事件所造成的平均经济损失费用和其中N为设定值，

${\stackrel{\&OverBar;}{E}}_h=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nh}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_{\mathrm{hi}}/\mathrm{nh}$ ${\stackrel{\&OverBar;}{E}}_x=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nx}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_{\mathrm{xi}}/\mathrm{nx},$

${\stackrel{\&OverBar;}{E}}_n=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_{\mathrm{ni}}/\mathrm{nn}$

其中，E_hi为过去N天各次谐波电流事件所造成的经济损失费用；E_xi为过去N天各次无功电流事件所造成的经济损失费用；E_ni为过去N天各次不平衡电流事件所造成的经济损失费用；nh、nx、nn分别为谐波、无功及不平衡三种电流电能质量事件在过去N天发生的次数；

步骤6：补偿量分离计算模块首先根据超限判定模块传递过来的过去N天负荷侧谐波、无功及不平衡三类电流电能质量所造成的平均经济损失费用和之间的关系，以及最大补偿电流有效值I_c与谐波分量的有效值I_Lh、无功分量的有效值I_Lx和不平衡分量的有效值I_Ln之间的关系，得出再分配后重构的谐波分量i_Lah、i_Lbh、i_Lch，无功分量i_La,1x、i_Lb,1x、i_Lb,1x，不平衡分量i_La,1n、i_Lb,1n、i_Lc,1n；

然后补偿量分离计算模块再根据下式计算得到三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1：

$\left\{\begin{array}{c}{i^{*}}_{\mathrm{ca}1}=i_{\mathrm{Lah}}+i_{\mathrm{La},1x}+i_{\mathrm{La},1n}+i_{\mathrm{ap}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cb}1}=i_{\mathrm{Lbh}}+i_{\mathrm{Lb},1x}+i_{\mathrm{Lb},1n}+i_{\mathrm{bp}}\\ {i^{*}}_{\mathrm{cc}1}=i_{\mathrm{Lch}}+i_{\mathrm{Lc},1x}+i_{\mathrm{Lc},1n}+i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right.;$

步骤7：底层三相PWM调制模块接收补偿量有效值计算模块输入的三相补偿电流参考值i^* _ca1、i^* _cb1、i^* _cc1，按照三相载波移相PWM调制方法计算得到MMC型UPQC的并联侧换流器所有桥臂的所有子模块IGBT的触发信号；

步骤8：MMC型统一电能质量调节器的并联侧换流器根据底层三相PWM调制模块输入的触发信号，向中压交流配电网负荷侧输出三相补偿电流值i_ca、i_cb、i_cc。