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1、,基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型,针对目前统一潮流控制器(UPFC)输出建模方法和拓扑建模方法的不足,通过引入正弦脉宽调制(SPWM)控制下的开关函数概念,建立可反映UPFC装置内部开关特性和运行机理的基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型。该模型清晰地指出了UPFC最终的输入控制量和输出量,并考虑了串、并联变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡,较原有输出模型更具一般性。,摘要,目前,UPFC建模的方法主要有两种:输出建模法和拓扑建模法1。前者相对简单,但由于将UPFC的两个变流器等效为理想的电压源和电抗,因此不能反映UPFC内部的开关特性及运行机理;后者所建立的模型的复杂程
2、度会随着拓扑结构的复杂程度而呈指数增长,不易建立统一的模型表达式。国内对于UPFC模型的研究主要集中在输出建模方法上,当然,也有学者对开关函数建模法进行了探讨2,3,提出了基于开关函数调节及空间矢量控制的建模方法,但考虑的因素不够全面,不具一般性。,本文通过引入正弦脉宽调制(SPWM)控制下的开关函数概念,提出基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型。此模型反映了UPFC装置内部开关特性和运行机理,考虑了串、并联变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡,较原有输出模型更具一般性。通过调节串、并联变流器电压调制比及调制正弦波初始相位角,实现对UPFC输出量的控制。,1、UPFC工作原理,2、基于
3、SPWM控制的UPFC开关函数数学模型的建立,2.1UPFC主电路结构,目前,实用的UPFC装置主电路一般采用由全控器件GTO构成的三相桥式结构,图2给出了其详细的电路原理。图2中,只考虑变流器输出交流电压的基波分量,因此忽略了两变流器的输出谐波滤波器。串、并联变压器具有不同的变比,均采用星形接法的三相芯式变压器。,2.2SPWM控制下的开关函数,由于只考虑开关函数连续阶梯形曲线的基波分量,因此,并联侧变流器b相和c相的开关函数交变分量相对a相而言,只是依次滞后120和240,即:,同理,对于串联侧变流器各相的开关函数也有类似的交变结果表达式。,3、基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型的
4、分析,1、三相电网电压不平衡,串联、并联变流器各方程式之间存在耦合关系。2、准确地描述了UPFC内部的开关特性和运行机理,根据此模型,能得出UPFC随时间变化的暂态过程。3、外部系统对UPFC的作用通过电压源 及 的变化来反映;而对UPFC的控制则通过交变的开关函数来实现。4、根据SPWM控制下的UPFC开关函数数学模型,可以得到UPFC的最终控制量就是并联侧变流器和串联侧变流器的电压调制比及调制正弦波初始相位角,各种UPFC的控制目标最终要转变为对 的控制。控制的输出结果就是改变两个变流器的各相电流,从而实现控制目标。,4、结语,本文分析了SPWM控制下的开关函数,得出了开关函数的交变分量表达式,提出了基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型,建立了UPFC并联侧和串联侧变流器及直流侧电容的方程式,指出了UPFC最终的输入控制量及输出量,通过调节变流器的电压调制比和初始相位角,实现了对UPFC输出量的控制。此数学模型考虑了串、并联变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡,较一般的输出模型更具一般性和统一性,而且准确地反映了UPFC内部的开关特性和运行机理。,
