CN116760050A - 一种upqc系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents

一种upqc系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于配电网电能质量综合治理技术领域，具体公开了一种UPQC系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质；本发明通过分别分析电网侧和负载侧发生波动时对UPQC系统运行稳定性所造成的影响，分别研究电网电压波动与并联变换器、网侧电感与串联变换器、负载容量波动与串联变换器、线路阻抗与并联变换器的相互影响，全面分析系统可能出现的稳定性问题，获得电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动稳定性分析结果，确定统一电能质调节器系统稳定运行范围，根据统一电能质调节器系统的稳定运行范围，对统一电能质调节器系统参数进行调整，控制统一电能质调节器系统在相应的参数范围内运行，从而保障系统的安全运行。

Description

一种UPQC系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明属于配电网电能质量综合治理技术领域，具体涉及一种UPQC系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质。
背景技术
近年来，铁路电气化及城市轨道交通规模化建设加速、新能源汽车充电设施大范围应用以及各类新型智能化用电设备的普及，造成社会总体用电量激增的同时给电网带来的不确定性也大大增加，导致我国电力负荷呈现出多元化、大功率和波动性的变化趋势，对电网的电能质量提出了新的挑战。此外，随着非线性和冲击性负荷的使用变得越来越普遍，不仅加剧了电网电压和频率的波动，还会产生谐波、三相不平衡及配网功率因数波动等问题。而带储能装置的统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)集电压补偿、电流补偿功能于一体，其采用的混联型式不仅能够解决电网电压波动、不平衡、闪变、畸变等电能质量问题，实现对负荷的稳定不间断供电，而且能够消除非线性或冲击负荷对电网的影响，从而可进一步提高系统的电能质量。
UPQC凭借其优异的补偿性能，自提出以来就博得了众多专家学者的关注。当前对于UPQC的设计研究大多集中在拓扑结构、检测方法和控制策略的改进优化，而在实际应用中，受区域空间地形制约，带储能设备的UPQC安装位置通常与电网侧和负载侧间隔一定的距离，因此线路阻抗、网侧电感以及UPQC装置三者间的交互作用对系统稳定运行的影响不可忽略。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种UPQC系统稳定性运行控制方法、系统、设备及介质，以解决现有对UPQC的研究未考虑线路阻抗、网侧电感以及UPQC装置三者间的交互作用对系统稳定性影响的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种UPQC系统稳定性运行控制方法，包括：
对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，确定UPQC系统的稳定运行范围；
根据UPQC系统的稳定运行范围，对UPQC系统参数进行调整，控制UPQC系统在相应的参数范围内运行。
进一步的，所述分析电压波动与并联变换器的相互影响具体包括：
当电网电压发生波动时，通过分析系统并联变换器基准电压到负载电压闭环传递函数的稳定性来判断其是否对负载侧的供电质量造成影响；
并联变换器基准电压到负载电压的闭环传递函数为：
其中：
A0＝kparvpkparipkpwm
A1＝LparCpar
A2＝(kparipkpwm+Rpar)Cpar
A3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwm
A4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwm
A5＝kparvikpariikpwm
式中，A0为第一电压波动参数值；A1为第二电压波动参数值；A2为第三电压波动参数值；A3为第四电压波动参数值；A4为第五电压波动参数值；A5为第六电压波动参数值；uLref为负载侧电压基准值；uL为负载侧实际电压值；kparip为并联变换器电流内环PI控制器的比例系数；kparii为并联变换器电流内环PI控制器的积分系数；kparvp为并联变换器电压外环PI控制器的比例系数；kparvi为并联变换器电压外环PI控制器的积分系数；kpwm为并联变换器的等效增益；Lpar为并联变换器滤波电感；Cpar为并联变换器滤波电容；Rpar为电感Lpar的等效电阻；
根据Routh–Hurwitz稳定判据，系统稳定的充要条件为：
上述四阶多项式分母的所有系数均为正数，和，满足不等式：
A2A3>A1A4
A3>(A2A5/A4)+(A1A4/A2)
当满足以上条件时，电网电压的变化不会对负载侧的供电质量造成影响，并联变换器始终向负载提供稳定、正弦且平衡的电压；当实际取值不符合稳定性要求时，对UPQC设计参数进行进一步调整。
进一步的，所述分析网侧电感与串联变换器的相互影响具体包括：
对于串联变换器，由于电网侧发生波动，将电网电压uS和负载电压uL的差值视为串联变换器电流控制回路的扰动；考虑网侧电感LA，建立串联变换器的输出电流iaer与电网电压uS的函数关系，进而分析系统的稳定性：
式中，N为变压器变比；iaer为串联变换器实际电流值；uS为电网侧实际电压值；LS为电网侧实际电感；kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻；
根据Routh–Hurwitz稳定判据，系统稳定的充要条件为：
上述二阶多项式分母所有系数均为正数，满足不等式：
Lser>2LS
当满足以上条件时，系统稳定性获得确认；
进行仿真分析，设定不同的时间段和电网侧实际电感LS，获得分析结果和系统运行状态，确定实际系统不同的稳定运行范围。
进一步的，所述分析负载容量与串联变换器的相互影响具体包括：
在UPQC系统中，当负载侧容量发生变化时，串联变换器根据其控制回路的闭环传递函数来进行稳定性分析：
式中：kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻；
由Routh–Hurwitz判据，系统稳定的充要条件为：上式的分母多项式系数均为正数。
进一步的，所述分析线路阻抗与并联变换器的相互影响具体包括：
采用孤岛供电的运行模式对并联变换器进行稳定性分析；
推导出基准电压到输出电压的闭环传递函数Kcl(s)为：
输出电流到输出电压的闭环传递函数为：
式中，oref为孤岛运行模式下负载侧电压基准值；uo为孤岛运行模式下负载侧实际电压值；io为孤岛运行模式下负载侧实际电流值；Zo为孤岛运行模式下并联变换器等效输出阻抗；
结合上述两式得并联变换器的输出阻抗模型为
uo(s)＝Kcl(s)uoref(s)-Zo(s)io(s)
将负载侧线路阻抗Zline与负载侧实际阻抗ZL合并为负载侧等效阻抗Zeq＝Leq+Req，其中，Leq为负载侧等效阻抗的电感部分，Req为负载侧等效阻抗的电阻部分；此时由戴维南等效电路得：
输出电压uo的稳定性取决于H(s)：
闭环传递函数H(s)的开环传递函数满足Nyquist判据时，闭环系统稳定。
进一步的，所述的计算具体为：
其中：
B1＝LeqLparCpar
B2＝(kparipkpwm+Rpar)CparLeq+LparCparReq
B3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmLeq+(kparipkpwm+Rpar)CparReq
B4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmLeq+(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmReq
B5＝kparvikpariikpwmLeq+(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmReq
B6＝kparvikpariikpwmReq
其中，B1为第一等效阻抗波动参数值；B2为第二等效阻抗波动参数值；B3为第三等效阻抗波动参数值；B4为第四等效阻抗波动参数值；B5为第五等效阻抗波动参数值；B6为第六等效阻抗波动参数值。
进一步的，所述闭环传递函数H(s)的开环传递函数满足Nyquist稳定判据具体为：
开环传递函数在s平面上的映射围线沿逆时针方向包围(-1，j0)的圈数等于开环传递函数在s右半平面内极点的个数。
第二方面，本发明提供一种UPQC系统稳定性运行控制系统，包括：
电网侧波动稳定性分析模块，用于对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
负载侧波动稳定性分析模块，用于对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
稳定运行范围获得模块，用于根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，获得UPQC系统的稳定运行范围；
参数调整及控制运行模块，用于根据UPQC系统的稳定运行范围，对UPQC系统参数进行调整，控制UPQC系统在相应的参数范围内运行。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述中任一项所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明通过分别分析电网侧和负载侧发生波动时对UPQC系统运行稳定性所造成的影响，分别研究电网电压波动与并联变换器、网侧电感与串联变换器、负载容量波动与串联变换器、线路阻抗与并联变换器的相互影响，全面分析系统可能出现的稳定性问题，获得电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动稳定性分析结果，确定统一电能质调节器系统稳定运行范围，根据统一电能质调节器系统的稳定运行范围，对统一电能质调节器系统参数进行调整，控制统一电能质调节器系统在相应的参数范围内运行，从而保障系统的安全运行。
2、本发明针对系统稳定性问题所提出的稳定性运行控制方法，可更加全面、可靠的计算系统稳定运行范围，能够确保UPQC装置在不同控制参数及系统不同运行工况下的安全平稳运行，从而使得UPQC可以正常发挥自身优异的补偿性能，提高系统整体的电能质量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的统一电能质量调节器系统稳定性运行控制方法流程图；
图2为本发明提供的统一电能质量调节器的拓扑结构图；
图3为本发明提供的分析电网侧稳定性的并联变换器部分控制框图；
图4为本发明提供的分析电网侧稳定性的串联变换器部分控制框图；
图5为本发明提供的分析电网侧稳定性的闭环零极点分布图；
图6为本发明提供的分析电网侧稳定性的闭环零极点分布图局部放大图；
图7为本发明提供的分析电网侧稳定性的电网侧三相电流变化图；
图8为本发明提供的分析电网侧稳定性的串联变换器PI调节器输出曲线图；
图9为本发明提供的分析负载侧稳定性的串联变换器部分控制框图；
图10为本发明提供的分析负载侧稳定性的并联变换器部分控制框图；
图11为本发明提供的分析负载侧稳定性的系统戴维南等效电路图；
图12为本发明提供的分析负载侧稳定性的Nyquist曲线图；
图13为本发明提供的分析负载侧稳定性的Nyquist曲线图局部放大图；
图14为本发明提供的统一电能质量调节器系统稳定性分析系统模块示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示，一种UPQC系统稳定性运行控制方法，根据dq域下统一电能质量调节器的控制模型分析系统不同参数及工况下的稳定性，包括：
S1：对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电压波动与并联变换器相互影响的分析结果和网侧电感与串联变换器相互影响的分析结果，即电网侧波动稳定性分析结果；
S11：分析电压波动与并联变换器的相互影响，当电网电压发生波动时，通过分析系统并联变换器基准电压到负载电压闭环传递函数的稳定性来判断其是否对负载侧的供电质量造成影响；
如图3所示，为本申请提供的分析电网侧稳定性的并联变换器部分控制框图，图中，uLrefd为负载侧电压基准值d轴分量；i2d为电感Lpar电流d轴分量；uLd为负载侧实际电压值d轴分量；
根据并联变换器部分控制框图推导出并联变换器基准电压到负载电压的闭环传递函数为：
其中：
A0＝kparvpkparipkpwm
A1＝LparCpar
A2＝(kparipkpwm+Rpar)Cpar
A3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwm
A4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwm
A5＝kparvikpariikpwm
式中，A0为第一电压波动参数值；A1为第二电压波动参数值；A2为第三电压波动参数值；A3为第四电压波动参数值；A4为第五电压波动参数值；A5为第六电压波动参数值；uLref为负载侧电压基准值；uL为负载侧实际电压值；kparip为并联变换器电流内环PI控制器的比例系数；kparii为并联变换器电流内环PI控制器的积分系数；kparvp为并联变换器电压外环PI控制器的比例系数；kparvi为并联变换器电压外环PI控制器的积分系数；kpwm为并联变换器的等效增益；Lpar为并联变换器滤波电感；Cpar为并联变换器滤波电容；Rpar为电感Lpar的等效电阻。
根据劳斯–赫尔维茨稳定性判据(Routh–Hurwitz稳定判据)，考虑上式分母中的四阶多项式，系统稳定的充要条件为：上述四阶多项式分母的所有系数均为正数，和，满足不等式：
A2A3>A1A4
A3>(A2A5/A4)+(A1A4/A2)
当满足以上条件时，电网电压的变化不会对负载侧的供电质量造成影响，并联变换器始终向负载提供稳定、正弦且平衡的电压；当实际取值不符合稳定性要求时，则需对UPQC设计参数进行进一步调整。
S12：分析网侧电感与串联变换器的相互影响，对于串联变换器，由于电网侧发生波动，将电网电压uS和负载电压uL的差值视为串联变换器电流控制回路的扰动。考虑网侧电感LS，建立串联变换器的输出电流iser与电网电压uS的函数关系，进而分析系统的稳定性。
如图4所示，为本申请提供的分析电网侧稳定性的串联变换器部分控制框图，图中，uSd为电网侧实际电压值d轴分量；iSd为电网侧实际电流值d轴分量；iSrefd为串联变换器电流基准指令值d轴分量；iserd为串联变换器实际电流值d轴分量；
由此推导出其闭环传递函数为：
式中，N为变压器变比；iser为串联变换器实际电流值；uS为电网侧实际电压值；LS为电网侧实际电感；kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻。
根据Routh–Hurwitz稳定判据，考虑上式分母中的二阶多项式，系统稳定的充要条件为：上述二阶多项式分母的所有系数均为正数，满足不等式：
Lser>2LS
当满足以上条件时，系统稳定性获得确认。
进行仿真分析，设定不同的时间段和电网侧实际电感LS，获得分析结果和系统运行状态，确定实际系统不同的稳定运行范围。
S2：对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载容量与串联变换器相互影响的分析结果和线路阻抗与并联变换器相互影响的分析结果，即负载侧波动稳定性分析结果；
S21：分析负载容量与串联变换器的相互影响，在UPQC系统中，当负载侧容量发生变化时，串联变换器根据其控制回路的闭环传递函数来进行稳定性分析；
图9为本发明提供的分析负载侧稳定性的串联变换器部分控制框图，图中，u1d为串联变换器桥臂电压d轴分量；uCnd为变压器二次侧电压d轴分量；根据图9推导出其闭环传递函数为：
式中：kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻；
由Routh–Hurwitz判据，系统稳定的充要条件为上式的分母多项式系数均为正数。
S22：分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，因系统中并联变换器被控为正弦电压源，主要作用为控制三相交流母线电压的正弦稳定。又由于系统有储能装置的加持，极端情况下具有孤岛供电的能力，且由步骤S21可知负载侧变化并不影响串联变换器的稳定性，因此采用孤岛供电的运行模式对并联变换器进行稳定性分析。
图10为本申请提供的分析负载侧稳定性的并联变换器部分控制框图，图中，uorefd为孤岛运行模式下负载侧电压基准值d轴分量；uod为孤岛运行模式下负载侧实际电压值d轴分量；iod为孤岛运行模式下负载侧实际电流值d轴分量；
根据图10，推导出基准电压到输出电压的闭环传递函数Kcl(s)为：
输出电流到输出电压的闭环传递函数为：
式中，oref为孤岛运行模式下负载侧电压基准值；uo为孤岛运行模式下负载侧实际电压值；io为孤岛运行模式下负载侧实际电流值；Zo为孤岛运行模式下并联变换器等效输出阻抗；
结合上述两式得并联变换器的输出阻抗模型为
uo(s)＝cl(s)uoref(s)-o(s)io(s)
如附图11所示，将负载侧线路阻抗Zline与负载侧实际阻抗ZL合并为负载侧等效阻抗Zeq＝Leq+Req，其中，Leq为负载侧等效阻抗的电感部分，Req为负载侧等效阻抗的电阻部分；此时由戴维南等效电路得：
由于在并联变换器控制策略设计过程中保证了电压电流双闭环Kcl(s)的稳定性，因此输出电压uo的稳定性仅取决于H(s)：
H(s)的表达式是图11所示系统的闭环传递函数。闭环传递函数H(s)的开环传递函数满足奈奎斯特稳定判据(Nyquist稳定判据)时，闭环系统稳定；根据Nyquist稳定判据，系统稳定的充要条件是：开环传递函数在s平面上的映射围线沿逆时针方向包围(-1，j0)的圈数等于开环传递函数在s右半平面内极点的个数；通过判断H(s)的稳定性。
其中：
B1＝LeqLparCpar
B2＝(kparipkpwm+Rpar)CparLeq+LparCparReq
B3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmLeq+(kparipkpwm+Rpar)CparReq
B4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmLeq+(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmReq
B5＝kparvikρariikpwmLeq+(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmReq
B6＝kparvikpariikpwmReq
其中，B1为第一等效阻抗波动参数值；B2为第二等效阻抗波动参数值；B3为第三等效阻抗波动参数值；B4为第四等效阻抗波动参数值；B5为第五等效阻抗波动参数值；B6为第六等效阻抗波动参数值。
当等效阻抗Zeq发生变化时，作出的Nyquist曲线如图12和图13所示。
S3：根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，确定统一电能质调节器系统的稳定运行范围。
S4：根据统一电能质调节器系统的稳定运行范围，对统一电能质调节器系统参数进行调整，控制统一电能质调节器系统在相应的参数范围内运行。
实施例1
本实施例提供算例取值为：Lser＝9.6mH；Rser＝0.1Ω；Lpar＝0.3mH；Rpar＝0.1Ω；Cpar＝40μF；N＝2；kparip＝0.66；kparii＝219；kparvp＝2.6；kparvi＝177.51；kserip＝6.43；kserii＝1134.5。
一种UPQC系统稳定性运行控制方法，包括如下步骤：
S1：电网侧波动稳定性分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
S11：分析电压波动与并联变换器的相互影响，当电网电压发生波动时，通过分析系统并联变换器基准电压到负载电压闭环传递函数的稳定性来判断其是否对负载侧的供电质量造成影响。
如图3所示，根据并联变换器基准电压到负载电压的闭环传递函数：
根据Routh–Hurwitz稳定判据，考虑上式分母中的四阶多项式，系统稳定的充要条件为：
(1)多项式分母的所有系数均为正数；
(2)满足不等式：
A2A3>A1A4
A3>(A2A5/A4)+(A1A4/A2)
结合算例取值，A2A3＝7.288>A1A4＝3.295×10-3，A3＝689.904>(A2A5/A4)+(A1A4/A2)＝0.91，满足稳定条件。因此，在该算例下，电网电压的变化不会对负载侧的供电质量造成影响，并联变换器始终向负载提供稳定、正弦且平衡的电压；若实际取值不符合稳定性要求，则需对UPQC设计参数进行进一步调整。
S12：分析网侧电感与串联变换器的相互影响，对于串联变换器，由于电网侧发生波动，电网电压uS和负载电压uL的差值可以看作串联变换器电流控制回路的扰动。将网侧电感LS考虑进去，建立串联变换器的输出电流iser与电网电压uS的函数关系，进而分析系统的稳定性。
如图4所示，根据其闭环传递函数为：
根据Routh–Hurwitz稳定判据，考虑上式分母中的二阶多项式，系统稳定的充要条件为：多项式分母的所有系数均为正数，和，满足不等式：
Lser>2LS
结合算例取值可知，系统稳定运行的条件为LS<2.4mH。当LS取不同值时，绘制闭环系统的零极点分布图如图5和图6所示。
通过零极点分布图可以看出，当LS＝0.5mH、LS＝0.1mH、LS＝1mH时，极点分布在s平面的左半平面中，系统处于稳定状态；当LS＝5mH时，极点分布在s平面的右半平面中，系统处于失稳状态。
为进一步验证该算法结果的正确性，对其做仿真分析。为直观起见，设定在[0.1s～0.2s]时间段取LS＝0.1mH，在[0.2s～0.3s]时间段取LS＝5mH，仿真结果如图7和图8所示。
由仿真结果可以看出，当LS＝0.1mH时，系统能够正常运行；当LS＝5mH时，系统进入失稳状态，验证了理论分析的正确性。也即，在该算例取值下，受网侧电感影响，只有满足LS<2.4mH的条件才可保证系统的稳定性。在实际应用中，可根据该方法，通过不同的参数值得出实际系统不同的稳定运行范围。
S2：对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
S21：分析负载容量与串联变换器的相互影响，在UPQC系统中，当负载侧容量发生变化时，串联变换器根据其控制回路的闭环传递函数来进行稳定性分析。
图9所示，根据其闭环传递函数为：
由Routh–Hurwitz判据可知，系统稳定的充要条件为上式的分母多项式系数均为正数。
结合算例取值可知，满足稳定条件。此时，由于串联变换器被控为正弦电流源，主要作用为控制三相电网输入电流正弦且平衡，也即负载变化仅影响其控制回路电流参考值iSrefd的大小，因而不影响其稳定性。
S22：分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，采用孤岛供电的运行模式对并联变换器进行稳定性分析。
根据图10推导出的基准电压到输出电压的闭环传递函数：
输出电流到输出电压的闭环传递函数：
并联变换器的输出阻抗模型：
uo(s)＝cl(s)uoref(s)-o(s)io(s)
将负载侧线路阻抗Zline与负载侧实际阻抗ZL合并为负载侧等效阻抗Zeq＝eq+eq，其中，Leq为负载侧等效阻抗的电感部分，Req为负载侧等效阻抗的电阻部分；此时由戴维南等效电路得：
由于在并联变换器控制策略设计过程中保证了电压电流双闭环Kcl(s)的稳定性，因此输出电压uo的稳定性仅取决于H(s)：
H(s)的表达式是图11所示系统的闭环传递函数。根据自动控制理论知识，闭环传递函数的开环传递函数满足Nyquist稳定判据时，闭环系统稳定。因此本方法通过判断(s)的稳定性。
结合上文给出的算例取值可知，当等效阻抗Zeq发生变化时，作出的Nyquist曲线如图12和图13所示。
由于系统稳定性主要受电感值的影响，当Req＝5Ω且分别取Leq＝27mH、Leq＝270mH、Leq＝2.7H、Leq＝27H时，通过Nyquist图可以看出，各条曲线均远离(-1，j0)点，也即在该算例下，系统有较强的稳定裕度。
实施例2
如图14所示，一种UPQC系统稳定性运行控制系统，包括：
电网侧波动稳定性分析模块，用于对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
负载侧波动稳定性分析模块，用于对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
稳定运行范围获得模块，用于根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，获得UPQC系统的稳定运行范围；
参数调整及控制运行模块，用于根据UPQC系统的稳定运行范围，对UPQC系统参数进行调整，控制UPQC系统在相应的参数范围内运行
实施例3
本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
实施例4
本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，包括：
对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，确定UPQC系统的稳定运行范围；
根据UPQC系统的稳定运行范围，对UPQC系统参数进行调整，控制UPQC系统在相应的参数范围内运行。
2.根据权利要求1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述分析电压波动与并联变换器的相互影响具体包括：
当电网电压发生波动时，通过分析系统并联变换器基准电压到负载电压闭环传递函数的稳定性来判断其是否对负载侧的供电质量造成影响；
并联变换器基准电压到负载电压的闭环传递函数为：
其中：
A0＝kparvpkparipkpwm
A1＝LparCpar
A2＝(kparipkpwm+Rpar)Cpar
A3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwm
A4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwm
A5＝kparvikpariikpwm
式中，A0为第一电压波动参数值；A1为第二电压波动参数值；A2为第三电压波动参数值；A3为第四电压波动参数值；A4为第五电压波动参数值；A5为第六电压波动参数值；uLref为负载侧电压基准值；uL为负载侧实际电压值；kparip为并联变换器电流内环PI控制器的比例系数；kparii为并联变换器电流内环PI控制器的积分系数；kparvp为并联变换器电压外环PI控制器的比例系数；kparvi为并联变换器电压外环PI控制器的积分系数；kpwm为并联变换器的等效增益；Lpar为并联变换器滤波电感；Cpar为并联变换器滤波电容；Rpar为电感Lpar的等效电阻；
根据Routh-Hurwitz稳定判据，系统稳定的充要条件为：
上述四阶多项式分母的所有系数均为正数，和，满足不等式：
A2A3>A1A4
A3>(A2A5/A4)+(A1A4/A2)
当满足以上条件时，电网电压的变化不会对负载侧的供电质量造成影响，并联变换器始终向负载提供稳定、正弦且平衡的电压；当实际取值不符合稳定性要求时，对UPQC设计参数进行进一步调整。
3.根据权利要求1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述分析网侧电感与串联变换器的相互影响具体包括：
对于串联变换器，由于电网侧发生波动，将电网电压uS和负载电压uL的差值视为串联变换器电流控制回路的扰动；考虑网侧电感LS，建立串联变换器的输出电流iser与电网电压uS的函数关系，进而分析系统的稳定性：
式中，N为变压器变比；iser为串联变换器实际电流值；uS为电网侧实际电压值；LS为电网侧实际电感；kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻；
根据Routh-Hurwitz稳定判据，系统稳定的充要条件为：
上述二阶多项式分母的所有系数均为正数，满足不等式：
Lser>N2LS
当满足以上条件时，系统稳定性获得确认；
进行仿真分析，设定不同的时间段和电网侧实际电感LS，获得分析结果和系统运行状态，确定实际系统不同的稳定运行范围。
4.根据权利要求1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述分析负载容量与串联变换器的相互影响具体包括：
在UPQC系统中，当负载侧容量发生变化时，串联变换器根据其控制回路的闭环传递函数来进行稳定性分析：
式中：kserip为串联变换器PI控制器的比例系数；kserii为串联变换器PI控制器的积分系数；Lser为串联变换器滤波电感；Rser为电感Lser的等效电阻；
由Routh-Hurwitz判据，系统稳定的充要条件为：上述的分母多项式系数均为正数。
5.根据权利要求1所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述分析线路阻抗与并联变换器的相互影响具体包括：
采用孤岛供电的运行模式对并联变换器进行稳定性分析；
推导出基准电压到输出电压的闭环传递函数Kcl(s)为：
输出电流到输出电压的闭环传递函数为：
式中，uoref为孤岛运行模式下负载侧电压基准值；uo为孤岛运行模式下负载侧实际电压值；io为孤岛运行模式下负载侧实际电流值；Zo为孤岛运行模式下并联变换器等效输出阻抗；
结合上述两式得并联变换器的输出阻抗模型为
uo(s)＝Kcl(s)uoref(s)-Zo(s)io(s)
将负载侧线路阻抗Zline与负载侧实际阻抗ZL合并为负载侧等效阻抗Zeq＝Leq+Req，其中，Leq为负载侧等效阻抗的电感部分，Req为负载侧等效阻抗的电阻部分；此时由戴维南等效电路得：
输出电压uo的稳定性取决于H(s)：
闭环传递函数H(s)的开环传递函数满足Nyquist稳定判据时，闭环系统稳定。
6.根据权利要求5所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述的计算具体为：
其中：
B1＝LeqLparCpar
B2＝(kparipkpwm+Rpar)CparLeq+LparCparReq
B3＝(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmLeq+(kparipkpwm+Rpar)CparReq
B4＝(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmLeq+(kpariiCpar+kparvpkparip)kpwmReq
B5＝kparvikpariikpwmLeq+(kparvpkparii+kparvikparip)kpwmReq
B6＝kparvikpariikpwmReq
其中，B1为第一等效阻抗波动参数值；B2为第二等效阻抗波动参数值；B3为第三等效阻抗波动参数值；B4为第四等效阻抗波动参数值；B5为第五等效阻抗波动参数值；B6为第六等效阻抗波动参数值。
7.根据权利要求5所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法，其特征在于，所述闭环传递函数H(s)的开环传递函数满足Nyquist稳定判据具体为：
开环传递函数在s平面上的映射围线沿逆时针方向包围(-1，j0)的圈数等于开环传递函数在s右半平面内极点的个数。
8.一种UPQC系统稳定性运行控制系统，其特征在于，包括：
电网侧波动稳定性分析模块，用于对电网侧波动稳定性进行分析，包括分析电压波动与并联变换器的相互影响、分析网侧电感与串联变换器的相互影响，获得电网侧波动稳定性分析结果；
负载侧波动稳定性分析模块，用于对负载侧波动稳定性进行分析，包括分析负载容量与串联变换器的相互影响、分析线路阻抗与并联变换器的相互影响，获得负载侧波动稳定性分析结果；
稳定运行范围获得模块，用于根据电网侧波动稳定性分析结果和负载侧波动分析结果，获得UPQC系统的稳定运行范围；
参数调整及控制运行模块，用于根据UPQC系统的稳定运行范围，对UPQC系统参数进行调整，控制UPQC系统在相应的参数范围内运行。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的一种UPQC系统稳定性运行控制方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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