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基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型

基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TM761 Switching Function Mathematical Model of UPFC Based on SPWM Control Li Xun ,Yang Yinfu ,Chen Jian (HUST,Wuhan 430074,China) Abstract: This paper introduces the concept of switching function and the switching function mathematical model of UPFC based on SPWM control. The model reflects the internal switching character and the physical course of UPFC and has more generality than the output model. Key words: UPFC SPWM switching function mathematical model 1 引 言 系统的数学模型是描述其静态和动态特性的信息集合，是分析和综合系统的出发点。因此，建立一个更具一般性的、能详细反映UPFC性质和内部特征的数学模型，对于促进UPFC的研究有着积极的意义。目前，UPFC建模的方法主要有两种：输出建模法及拓扑建模法【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；后者所建立模型的复杂程度会随着拓扑结构的复杂而呈指数增长，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SPWM控制下的开关函数概念，提出了基于SPWM控制的UPFC开关函数数学模型。此模型反映了UPFC装置内部的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，较原有的输出模型更具一般性。通过调节串、并联变流器的电压调制比及调制正弦波的初始相位角，从而实现对UPFC输出量的控制。2 UPFC工作原理【4】 图1给出了UPFC装置的单相结构框图。由图可见，整个装置由并联变压器PT、串联变压器ST、两个电压型变流器及直流侧并联电容所组成，其中XL为传输线路电抗（忽略了线路电阻）。变流器VSC1通过并联变压器PT接入系统，其主要作用是平衡统一潮流控制器内部的有功功率，以维持直流侧电容电压 恒定。此外，VSC1还具有独立的无功功率补偿作用。变流器VSC2通过串联变压器ST接入系统，向系统提供一个幅值和相位可调的串联电压 ，其基本作用在于控制线路上通过的有功功率和无功功率。 总之，两个变流器可以独立地发出或吸收无功功率，正常运行时，不发出或吸收有功功率，直流侧电容起能量存储和功率传输的作用。图1中， 和 分别代表着变流器的电压幅值和相位角控制信号，调节 和 就可以实现对UPFC输出量的控制。3 SPWM控制的UPFC开关函数数学模型的建立 3.1 UPFC主电路结构 目前实用的UPFC装置其主电路一般采用由全控器件GTO构成的三相桥式结构，如图2所示，给出了其详细的电路原理图。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，均是采用星型接法的三相芯式变压器， 、 及 、 分别代表并联变压器PT、串联变压器ST

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