信質量；重者導致信息丟失、使通信系統無法正常工作。

1.2.3 電能質量問題的解決方案美國 EPRI 學者 N.G.Hingorani 博士提出的用戶電力技術（Custom Power）可以看作是由他本人所提出的柔性交流輸電系統（FACTS）技術在配電系統中的延伸。主要是通過把一些先進的電能質量調節裝置及其有機的組合應用于配電系統中，根據用戶對供電可靠性和電能質量的不同要求為用戶配置所需要的電力。用戶電力技術中已得到實際應用的典型的電能質量調節裝置有多種，但基本都是針對一種或一類電能質量問題。

用戶電力技術中已得到實際應用的典型的電能質量調節裝置主要有：（1）動態電壓恢復器 DVR（Dynamic Voltage Restorer）；（2）靜止無功發生器 SVG（Static Var Generator）／配電型靜止同步補償器 DSTATCOM（DistributionStatic Synchronous Compensator）；（3）有源電力濾波器 APF（Active PowerFilter）；（4）動態不間斷電源 DUPS（Dynamic Uninterruptible Power Supply）；（5）不間斷電源 UPS（Uninterruptible Power Supply）；（6）蓄電池儲能系統BESS （ Battery Energy Storage System ）；（ 7 ）超導磁能存儲系統 SMES（Superconducting Magnetic Energy Storage）；（8）固態斷路器 SSB（Solid StateBreaker）；（9）晶閘管投切電容器組 TSC（Thyristor Switched Capacitors）；（10）避雷器 SA（Surge Arrester）等。用戶電力技術中，除固態斷路器和由其派生的故障電流限制器（FCL）等，根據各種裝置與系統相連的方式和所實現的功能不同，主要分為串聯型電壓補償裝置、并聯型電流補償裝置（還有派生的混合型）和儲能型裝置等形式。串聯型電壓補償裝置用于調節電網提供給負荷的電壓，以保障負荷側的電壓質量；并聯型電流補償裝置用于調節負荷注入電網的電流，以降低最終注入電網的無功和諧波電流含量等。儲能型裝置用于當電網因故障中斷供電時向負荷提供不間斷電源功能，儲能容量足夠大時可實現負荷峰谷調節等。

用戶電力中的電力電子設備對不同的電能質量問題可以進行有針對性的克服，如有源電力濾波器（APF）來補償電網諧波；功率因數校正器（PFC）來提高負載的輸入側功率因數，降低電力電子設備對電網的污染；配電用靜態同步補償器（DSTATCOM）來補償配電網的過電壓、欠電壓及電壓波動等；對電壓質量問題的補償設備主要有不間斷電源（UPS）、動態電壓恢復器（DVR）和統一電能質量調節器（UPQC）等。目前，電力系統中同時出現多種電能質量問題的幾率很大。從性價比和預防機制考慮，能夠更有效的處理多種電能質量問題的設備就備受青睞，UPQC可以看作是串聯型有源濾波器或DVR和并聯型有源電力濾波器的結合，其可快速補償供電電壓中的突變、波動、中斷和閃變、諧波電流和電壓、各相電壓的不平衡，還能補償無功功率使功率因數為 1，其一機多能，具有更高的性價比，是用戶電力技術發展的最新趨勢和關鍵設備[10~16]。這也正是本文選擇UPQC作為研究對象的重要原因之一。

1.3 統一電能質量調節器的研究現狀隨著配電網結構和電力負荷成分的日趨復雜，若干種電能質量問題在同一配電系統中或在同一用電負荷中同時出現的情況也會越來越多。例如，對于在同一配電母線上既有電壓敏感負荷、又有非線性負荷、還有沖擊負荷的情況下，就需要同時安裝串聯型電壓補償裝置和并聯型電流補償裝置。若針對每一種電能質量問題都分別采取一種類型的調節裝置，這樣多種裝置同時使用將會大大增加治理措施的成本，還會增加裝置運行維護的復雜程度，并且各裝置之間還存在著協調配合問題，影響聯合運行的可靠性。既不經濟，又不現實。于是，日本學者Akagi H在1996年分析有源濾波器新趨勢一文中[10]，首次提出了集串聯型和并聯型裝置于一體的綜合型電能質量調節裝置的概念。統一電能質量調節器 UPQC（Unified Power Quality Conditioner）又稱為統一電能質量控制器（Unified Power Quality Controller）。UPQC作為用戶電力的第三代產品，可以同時實現電壓、電流和無功及平衡等多項電能質量問題的調節，是目前用戶電力研究的重點之一。

1.3.1 UPQC 的基本原理Akagi H 提出的 UPQC 的拓撲如圖 1-1 所示。主要由串聯單元、并聯單元兩部分通過直流電容 C 耦合而成。其中，串聯單元由串聯型有源濾波器及串聯變壓器組成；并聯單元由并聯型有源濾波器及并聯變壓器組成。串聯單元具有諧波隔離、電壓調整功能；并聯單元具有無功補償、諧波電流補償、平衡化補償功能，并負責調節直流側電容電壓等功能。Akagi H 提出的 UPQC只是簡單的將串聯型有源濾波器和并聯型有源濾波器合并在一起，UPQC 的具體電路形式有待進一步深化和擴展，綜合功能也有待進一步豐富和完善。經各國學者的努力和研究，目前 UPQC 從信號檢測、控制方式和拓撲結構等方面都有了很大的變化，但仍有許多問題需進一步深入的研究，以使 UPQC能充分發揮其強大的綜合補償和調節功能。

1.3.2 UPQC 的拓撲結構由圖 1-1 可知，UPQC 是由電壓源型換流器構成的并聯部分和串聯部分通過直流電容 C 背靠背連接在一起的，其實際是為電網中的諧波提供了另一通路，該通路是典型的 AC-DC-AC 結構，而正序基波功率通過圖 1-1 中的線路傳輸，以保證非線性負載產生的諧波不會對電網造成污染以及為負載提供對稱的正序基波電壓，滿足用戶的要求。之后 Akagi H 又提出了一種拓撲結構，與圖 1-1 的結構基本相同，但連接次序不同，如圖 1-2 所示。文獻[17]詳細地分析了兩種連接方式的特性和優缺點，其中第二種連接方式有一定的缺點。因此，目前研究的 UPQC，基本都是針對圖 1-1 的拓撲結構進行的。

以上方法各有優缺點，其中模擬帶通（或帶阻）是最早的諧電流檢測方法，概念清晰，電路結構簡單，但濾波器對元件參數非常敏感，受外界環境影響較大，很難同時得到理想的幅頻特性和相頻特性，在電網頻率發生變化時檢測精度很差，而且不能分離出無功電流，因此現在已很少使用。傅里葉變換方法是典型的頻域分析方法，作為最經典的信號處理手段在電能質量檢測中發揮了重要作用。該方法在理論上可以分離出任意次的諧波量，各種算法的離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉變換（FFT）已成為諧波分析的基礎，但其運算量大，實時性差，對于快速變化的電能質量問題，該方法已不能很好地滿足[34]。基于 Fryze 時域分析的有功電流分離法，基本原理是將負載電流分解為兩個正交分量，即與電壓波形完全一致的分量和廣義無功電流分量。該方法的主要缺點是要對一個電網周期的電壓和電流進行積分運算來獲得有功電流，所以檢測的廣義無功電流至少有一個周期以上的延時，而且其在電網電壓波形畸變或含有負序成分時，檢測的“有功電流”也會含有諧波或負序電流，不能正確的補償。自適應干擾對消方法[27]，其檢測延時大于 20ms，動態響應較慢，難以保證實時性，它比較適合對緩慢變化負荷的檢測；人工神經網絡與自適應干擾對消相結合的方法[36]，其動態跟蹤效果比單純的自適應干擾對消方法有所提高，但計算復雜。小波變換方法[26]，由于其具有時－頻局部化的特點，特別適合于對突變信號和不平穩信號的分析，但將其檢測結果直接作為電壓、電流的實時補償信號時，其在兼顧動態跟蹤速度和準確度方面還有待進一步改善，需要尋找一種更快速的小波算法和性能更好的小波基函數來實現電壓、電流補償信號快速而準確的檢測。另外，還有一些將以上方法與其它智能方法相互結合的改進算法[37]，但這些方法總的來說實現起來較復雜。目前被廣泛采用的是基于瞬時無功功率理論（Instantaneous ReactivePower Theory）的αβ變換方法[38,39]或dq0 變換方法[22]。

瞬時無功功率理論最早由日本學者Akagi H提出，是目前三相有源電力濾波器中應用最廣的實時諧波和無功電流檢測方法之一，其自上世紀 80 年代提出后，在許多方面得到了成功的應用。該理論突破傳統的以平均值為基礎的功率定義，系統地定義了瞬時有功功率、瞬時無功功率等瞬時功率量，因此又稱為pq理論。它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何過渡過程的情況，使諧波和無功成分UPQC拓撲的另一發展趨勢是與無源濾波裝置的結合，一方面對于某些實際系統和現實條件的制約，例如為減少投資成本和擴大補償系統容量等要求的基礎上采取與無源濾波器混合進行補償，已有有關拓撲結構的報道[19]。另一方面，從用戶的角度，由于某些負載有一定的固有特性，與混合型有源濾波器的原理相同，可以結合無源濾波裝置來承擔主要的補償容量而減小UPQC的容量，使投資更經濟、更合理。文獻[19]在此基礎上則提出了新的混合型拓撲，稱為HPQC，無源濾波裝置不是單獨接入而是作為UPQC并聯側的構成部分，稱為并聯濾波支路。其由一個容量較小