【摘要】：隨著現(xiàn)代電能質(zhì)量問題的日益嚴重,用戶對電力系統(tǒng)的電壓供電質(zhì)量提出了越來越高的要求,能夠抑制電力系統(tǒng)中各種電壓擾動以保證用戶供電質(zhì)量的補償裝置得到了快速發(fā)展。在各種現(xiàn)代電能質(zhì)量問題中,電壓跌落是目前最為突出、也是最為嚴重的動態(tài)電壓質(zhì)量問題,動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)作為最經(jīng)濟、有效的治理電壓跌落的定制電力電子裝置,在電能質(zhì)量的控制技術(shù)領(lǐng)域成為研究的熱點。本文以解決DVR中相關(guān)的檢測、控制技術(shù)為主線,首先研究了單相幅相鎖相環(huán)(1MPLL)的設(shè)計方法,其主要應(yīng)用于單相DVR或三相四線制配電網(wǎng)需要以三相獨立方式補償?shù)腄VR設(shè)計中；然后研究了三相幅相鎖相環(huán)(3MPLL)的設(shè)計方法,主要應(yīng)用干三相三線制配電網(wǎng)DVR的設(shè)計中：在利用上述幅相鎖相環(huán)解決了電壓跌落識別和基于相位的參考補償量生成后,研究了動態(tài)電壓恢復(fù)器的控制策略；最后對在電能質(zhì)量監(jiān)控(包括電壓跌落)和評估中廣泛使用的三相電網(wǎng)對稱分量估計進行了研究。 基于目標函數(shù)優(yōu)化的思想提出了一種單相幅相鎖相環(huán)的優(yōu)化設(shè)計方法。該算法通過梯度下降法分析了目標函數(shù)的最速下降方向,確保了鎖相環(huán)系統(tǒng)的全局快速收斂,通過目標函數(shù)的恰當選擇和系統(tǒng)參數(shù)的合理設(shè)計,幅相鎖相環(huán)能在各種干擾下確保對基頻信號特征量的快速精確跟蹤,如幅值、相位和頻率等,具有良好的頻率自適應(yīng)性以及抗諧波干擾能力。本文所提單相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)簡單,物理意義明確,參數(shù)易于設(shè)計,在提供配電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)電壓同步信息的同時,也能提供對電壓跌落幅值的檢測,因此特別適合應(yīng)用于DVR系統(tǒng)中,DVR系統(tǒng)利用檢測到的幅值信息決策是否啟動補償,在確定電壓跌落的情況下根據(jù)鎖相環(huán)提供的相位信息利用某種補償算法實時生成參考補償輸出。傳統(tǒng)DVR系統(tǒng)中一般采用幅值和相位各自獨立的檢測算法,勢必增加了系統(tǒng)的計算量,不利于DVR系統(tǒng)的在線計算,本算法更有利于實際實施。 基于模型參考自適應(yīng)思想提出了一種三相幅相鎖相環(huán)設(shè)計方法。算法設(shè)計了具有頻率自適應(yīng)的三相三線制配電網(wǎng)正、負序電壓分量狀態(tài)觀測器,利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進行自適應(yīng)率設(shè)計,滿足了鎖相環(huán)正、負序分量估計全局漸近穩(wěn)定的要求,理論上實現(xiàn)了正序分量幅值和相位的檢測不受負序分量的影響,且解決了SFR-PLL分析中未對全局穩(wěn)定性討論的不足,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,有利于系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計。算法由于事先考慮到頻率波動對鎖相環(huán)精度的影響,因此,系統(tǒng)對頻率波動有很強的魯棒性。 討論了DVR主電路中逆變電路、能量提取電路、濾波電路中LC參數(shù)的設(shè)計準則以及電容儲能條件下延長跌落補償時間的優(yōu)化補償策略,在此基礎(chǔ)上主要針對目前DVR控制方法存在魯棒性不足的問題,提出了基于模型預(yù)測控制(MPC)和魯棒H控制的控制器設(shè)計方法�；诜菂�(shù)預(yù)測模型(脈沖響應(yīng)或階躍響應(yīng))的預(yù)測控制,算法復(fù)雜,在線運算量大,需整定的參數(shù)較多,難以直接應(yīng)用到快速的實時控制系統(tǒng)領(lǐng)域。本文采用雙環(huán)控制器結(jié)構(gòu),首先通過內(nèi)環(huán)電流控制器對DVR對象進行改造,在增廣控制對象的基礎(chǔ)上獲得了簡化的預(yù)測模型,基于此進行模型預(yù)測控制器的設(shè)計。模型預(yù)測控制通過滾動優(yōu)化、反饋校正等措施降低了模型誤差對性能的影響,控制器根據(jù)系統(tǒng)未來的預(yù)測輸出狀態(tài)確定當前的控制動作,因此可以減小超調(diào),提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度,對輸出偏差的滾動優(yōu)化,確保了系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度,滿足了DVR快速、準確補償電壓跌落的目的。魯棒H∞控制由于事先充分考慮了被控對象的參數(shù)不確定因素,因此控制系統(tǒng)具有很強的魯棒性能。本文針對DVR主電路中LC濾波器參數(shù)攝動對被控對象模型造成的不確定性,在考慮魯棒穩(wěn)定性、魯棒跟蹤性能的基礎(chǔ)上,根據(jù)H∞控制理論設(shè)計了控制器,通過恰當?shù)倪x取界函數(shù),使DVR系統(tǒng)在面對參數(shù)攝動時具有很強的魯棒性能。 基于最小均方學習規(guī)則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出了一種三相電網(wǎng)對稱分量的實時估計方法,檢測獲得的對稱分量可以應(yīng)用于電壓跌落識別以及其他電能質(zhì)量監(jiān)控中。建立了三相電壓的對稱分量模型,對最小均方學習規(guī)則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)三相系統(tǒng)對稱分量估計的需要進行了合理改進,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學習過程完成了對各對稱分量的實時估計。算法具有計算量小,動態(tài)響應(yīng)速度快和精度高的特點,能滿足電力系統(tǒng)實時計算的需要。
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【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM712

【參考文獻】

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本文編號：2346531