信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息丟失、使通信系統(tǒng)無法正常工作。

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

用戶電力技術(shù)中已得到實際應(yīng)用的典型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置主要有：（1）動態(tài)電壓恢復(fù)器 DVR（Dynamic Voltage Restorer）；（2）靜止無功發(fā)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(tài)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(tǒng)BESS （ Battery Energy Storage System ）；（ 7 ）超導(dǎo)磁能存儲系統(tǒng) SMES（Superconducting Magnetic Energy Storage）；（8）固態(tài)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(shù)中，除固態(tài)斷路器和由其派生的故障電流限制器（FCL）等，根據(jù)各種裝置與系統(tǒng)相連的方式和所實現(xiàn)的功能不同，主要分為串聯(lián)型電壓補償裝置、并聯(lián)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(lián)型電壓補償裝置用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)提供給負荷的電壓，以保障負荷側(cè)的電壓質(zhì)量；并聯(lián)型電流補償裝置用于調(diào)節(jié)負荷注入電網(wǎng)的電流，以降低最終注入電網(wǎng)的無功和諧波電流含量等。儲能型裝置用于當(dāng)電網(wǎng)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(xiàn)負荷峰谷調(diào)節(jié)等。

用戶電力中的電力電子設(shè)備對不同的電能質(zhì)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(wǎng)諧波；功率因數(shù)校正器（PFC）來提高負載的輸入側(cè)功率因數(shù)，降低電力電子設(shè)備對電網(wǎng)的污染；配電用靜態(tài)同步補償器（DSTATCOM）來補償配電網(wǎng)的過電壓、欠電壓及電壓波動等；對電壓質(zhì)量問題的補償設(shè)備主要有不間斷電源（UPS）、動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）和統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）等。目前，電力系統(tǒng)中同時出現(xiàn)多種電能質(zhì)量問題的幾率很大。從性價比和預(yù)防機制考慮，能夠更有效的處理多種電能質(zhì)量問題的設(shè)備就備受青睞，UPQC可以看作是串聯(lián)型有源濾波器或DVR和并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)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(shù)為 1，其一機多能，具有更高的性價比，是用戶電力技術(shù)發(fā)展的最新趨勢和關(guān)鍵設(shè)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(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的研究現(xiàn)狀隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力負荷成分的日趨復(fù)雜，若干種電能質(zhì)量問題在同一配電系統(tǒng)中或在同一用電負荷中同時出現(xiàn)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(lián)型電壓補償裝置和并聯(lián)型電流補償裝置。若針對每一種電能質(zhì)量問題都分別采取一種類型的調(diào)節(jié)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(fù)雜程度，并且各裝置之間還存在著協(xié)調(diào)配合問題，影響聯(lián)合運行的可靠性。既不經(jīng)濟，又不現(xiàn)實。于是，日本學(xué)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(lián)型和并聯(lián)型裝置于一體的綜合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的概念。統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 UPQC（Unified Power Quality Conditioner）又稱為統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（Unified Power Quality Controller）。UPQC作為用戶電力的第三代產(chǎn)品，可以同時實現(xiàn)電壓、電流和無功及平衡等多項電能質(zhì)量問題的調(diào)節(jié)，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(lián)單元、并聯(lián)單元兩部分通過直流電容 C 耦合而成。其中，串聯(lián)單元由串聯(lián)型有源濾波器及串聯(lián)變壓器組成；并聯(lián)單元由并聯(lián)型有源濾波器及并聯(lián)變壓器組成。串聯(lián)單元具有諧波隔離、電壓調(diào)整功能；并聯(lián)單元具有無功補償、諧波電流補償、平衡化補償功能，并負責(zé)調(diào)節(jié)直流側(cè)電容電壓等功能。Akagi H 提出的 UPQC只是簡單的將串聯(lián)型有源濾波器和并聯(lián)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(jīng)各國學(xué)者的努力和研究，目前 UPQC 從信號檢測、控制方式和拓撲結(jié)構(gòu)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(fā)揮其強大的綜合補償和調(diào)節(jié)功能。

1.3.2 UPQC 的拓撲結(jié)構(gòu)由圖 1-1 可知，UPQC 是由電壓源型換流器構(gòu)成的并聯(lián)部分和串聯(lián)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(wǎng)中的諧波提供了另一通路，該通路是典型的 AC-DC-AC 結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生的諧波不會對電網(wǎng)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(jié)構(gòu)，與圖 1-1 的結(jié)構(gòu)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(yōu)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(jié)構(gòu)進行的。

以上方法各有優(yōu)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(jié)構(gòu)簡單，但濾波器對元件參數(shù)非常敏感，受外界環(huán)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(wǎng)頻率發(fā)生變化時檢測精度很差，而且不能分離出無功電流，因此現(xiàn)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(jīng)典的信號處理手段在電能質(zhì)量檢測中發(fā)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(chǔ)，但其運算量大，實時性差，對于快速變化的電能質(zhì)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(wǎng)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(wǎng)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(yīng)干擾對消方法[27]，其檢測延時大于 20ms，動態(tài)響應(yīng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)與自適應(yīng)干擾對消相結(jié)合的方法[36]，其動態(tài)跟蹤效果比單純的自適應(yīng)干擾對消方法有所提高，但計算復(fù)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(wěn)信號的分析，但將其檢測結(jié)果直接作為電壓、電流的實時補償信號時，其在兼顧動態(tài)跟蹤速度和準(zhǔn)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(shù)來實現(xiàn)電壓、電流補償信號快速而準(zhǔn)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(jié)合的改進算法[37]，但這些方法總的來說實現(xiàn)起來較復(fù)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(xué)者Akagi H提出，是目前三相有源電力濾波器中應(yīng)用最廣的實時諧波和無功電流檢測方法之一，其自上世紀(jì) 80 年代提出后，在許多方面得到了成功的應(yīng)用。該理論突破傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)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(fā)展趨勢是與無源濾波裝置的結(jié)合，一方面對于某些實際系統(tǒng)和現(xiàn)實條件的制約，例如為減少投資成本和擴大補償系統(tǒng)容量等要求的基礎(chǔ)上采取與無源濾波器混合進行補償，已有有關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)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(jié)合無源濾波裝置來承擔(dān)主要的補償容量而減小UPQC的容量，使投資更經(jīng)濟、更合理。文獻[19]在此基礎(chǔ)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(lián)側(cè)的構(gòu)成部分，稱為并聯(lián)濾波支路。其由一個容量較小