專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流紋波控制、電壓外環(huán)控制、電流內(nèi)環(huán)控制方法，特別是一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電氣化鐵路朝著高速、大功率和負(fù)荷發(fā)展，其電力牽引變壓器的電能質(zhì)量問(wèn)題變得越來(lái)越至關(guān)重要。高速鐵路牽引供電系統(tǒng)由于采用單相供電方式，產(chǎn)生負(fù)序電流，給電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電和變電設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重危害，例如增加發(fā)電機(jī)的損耗，降低變壓器出力等，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。另外，高速鐵路電力機(jī)車(chē)產(chǎn)生的諧波也降低了其供電系統(tǒng)和上級(jí)電力系統(tǒng)的可靠性。因此，必須采取有效措施抑制高速鐵路供電系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)序和諧波電流。針對(duì)電氣化鐵路的負(fù)序、諧波問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)一些補(bǔ)償措施。采用SVC安裝在牽引變壓器的兩供電臂進(jìn)行電氣化鐵路的負(fù)序補(bǔ)償，能有效補(bǔ)償無(wú)功，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。但是由于鐵路機(jī)車(chē)是隨機(jī)性負(fù)載，具有很強(qiáng)的波動(dòng)性和擾動(dòng)性，SVC的一般只能固定補(bǔ)償，其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能不佳。采取單相有源濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣化鐵路的諧波抑制，但不能有效補(bǔ)償電氣化鐵路中的負(fù)序電流。針對(duì)鐵路供電系統(tǒng)的單相供電特性，日本學(xué)者提出了鐵路功率調(diào)節(jié)器RPC，利用背靠背的兩個(gè)單相H橋變換器進(jìn)行有功、無(wú)功及諧波的控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序和諧波綜合補(bǔ)償。另外，清華大學(xué)有學(xué)者提出一種三相有源補(bǔ)償系統(tǒng)一有源電能質(zhì)量補(bǔ)償器，其結(jié)構(gòu)是將兩單相電源變換為三相平衡電壓，再將一個(gè)三相變換器通過(guò)三個(gè)輸出電感與三相平衡電源連接，這將比RPC節(jié)省了兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，但需要結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的平衡變壓器。相比較而言，鐵路功率調(diào)節(jié)器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、補(bǔ)償范圍寬、輸出諧波小、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為鐵路系統(tǒng)中電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置發(fā)展的方向。然而，根據(jù)鐵路功率調(diào)節(jié)器是由背靠背的兩個(gè)單相逆變組成，兩個(gè)單相逆變器通過(guò)公用的直流側(cè)電容連接在一起。根據(jù)鐵路功率調(diào)節(jié)器交直流側(cè)的功率平衡分析，可推知鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓存在著二次電壓紋波，電壓紋波的大小與交流側(cè)功率的波動(dòng)有關(guān)。如果將該二次紋波電壓引入到系統(tǒng)的直流側(cè)電壓控制環(huán)中，將會(huì)輸出一個(gè)三次諧波的指令信號(hào)，會(huì)使鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出三次諧波電流，將會(huì)引起裝置的異常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法，消除輸出電流中的三次諧波分量，保證裝置鐵路功率調(diào)節(jié)器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法，包括鐵路功率調(diào)節(jié)器，所述鐵路功率調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)單相降壓變壓器和兩個(gè)H橋單相逆變模塊，所述兩個(gè)H橋單相逆變模塊通過(guò)一個(gè)直流側(cè)電容連接成背靠背結(jié)構(gòu)；所述兩個(gè)H橋單相逆變模塊的交流側(cè)分別通過(guò)一個(gè)濾波電感與所述兩個(gè)單相降壓變壓器副邊連接，所述兩個(gè)單相降壓變壓器的原邊分別與v/ν牽引變壓器兩個(gè)單相牽引供電臂連接，該方法為:I)檢測(cè)得到直流側(cè)電壓ud。，將直流側(cè)電壓ud。與參考信號(hào)Uref作差，得到誤差信號(hào)Audc ;2)根據(jù)交直流側(cè)功率平衡的原理，計(jì)算得到直流側(cè)二次電壓紋波為
權(quán)利要求
1.一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法，包括鐵路功率調(diào)節(jié)器，所述鐵路功率調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)單相降壓變壓器和兩個(gè)H橋單相逆變模塊，所述兩個(gè)H橋單相逆變模塊通過(guò)一個(gè)直流側(cè)電容連接成背靠背結(jié)構(gòu)；所述兩個(gè)H橋單相逆變模塊的交流側(cè)分別通過(guò)一個(gè)濾波電感與所述兩個(gè)單相降壓變壓器副邊連接，所述兩個(gè)單相降壓變壓器的原邊分別與V/V牽引變壓器兩個(gè)單相牽弓I供電臂連接，其特征在于，該方法為: O檢測(cè)得到直流側(cè)電壓ud。，將直流側(cè)電壓ud。與參考信號(hào)Uref作差，得到誤差信號(hào)Audc ; 2)根據(jù)交直流側(cè)功率平衡的原理，計(jì)算得到直流側(cè)二次電壓紋波為Psin(Wp); 3)將誤差信號(hào)Autk減去直流側(cè)電壓二次紋波+_，得到直流側(cè)電壓的直流變換量AUd。； 4)將直流變換量ΛUd。送入PI控制器調(diào)節(jié)之后，輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)AItjutA)將電壓調(diào)節(jié)信號(hào)Λ Iwt分別乘以兩牽引供電臂的同步信號(hào)sin(wt-30° )和Sin(wt-90° )，然后根據(jù)V/V牽引變壓器負(fù)序補(bǔ)償原理計(jì)算兩相H橋單相逆變模塊的負(fù)序電流補(bǔ)償參考信號(hào)ima、ime，并將負(fù)序電流補(bǔ)償參考信號(hào)ima，ime分別與Λ ItjutSin(wt-30° )，Δ 1utsin (wt-90° )疊加,得到電壓外環(huán)輸出的電流信號(hào)i αι 和i ; 6)將電壓外環(huán)輸出的電流信號(hào)1 和分別與鐵路功率調(diào)節(jié)器α，β兩相H橋單相逆變模塊輸出電流I和相減，得到電流內(nèi)環(huán)的跟蹤誤差信號(hào)ea和ee ； 7)將電流內(nèi)環(huán)的跟蹤誤差信號(hào)ea和4送入內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到鐵路功率調(diào)節(jié)器a，β兩相H橋單相逆變模塊 的調(diào)制波信號(hào)Ua和110 ； 8)將調(diào)制波信號(hào)Ua和110送入PWM調(diào)制單元，進(jìn)行SPWM調(diào)制，得到鐵路功率調(diào)節(jié)器a，β兩相H橋單相逆變模塊的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管輸出期望的電壓電流信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法，其特征在于，所述步驟2)中，直流側(cè)二次電壓紋波Psi i(2的+的的計(jì)算步驟如下:1)根據(jù)鐵路功率調(diào)節(jié)器的負(fù)序電流補(bǔ)償參考信號(hào)、牽引供電臂的電壓以及濾波電感的電感值L，計(jì)算出鐵路功率調(diào)節(jié)器的交流側(cè)二次脈動(dòng)總功率Pz: $ = —<7/,.cos2(w/ + " )/2 +(//,.cosHwi+ 0.,)/2 Ailm cos(2wl+2i e +90)/2 (If, -110a) -Ulihecos(2iW + Wp -90)/ 2 十 wL\ipIQu cos(2wi + Wu )-■-~:ms(2iW + Wrt +90)] -WLlJiJgii cos(2m^ + 2^)-—cos(2wf + 2θβ + 9())--Siicos(2iijl + Wi1- 90)] 其中，U表示牽引供電臂的電網(wǎng)電壓的幅值，W表示電網(wǎng)基波角頻率，θ a和Θ e分別表示a，β兩相牽引供電臂電壓的相角，Ip表示鐵路功率調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)移有功電流的幅值，Iga和Iq0分別表示鐵路功率調(diào)節(jié)器a，β是兩相H橋單相逆變模塊補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流的幅值； 2)直流側(cè)二次電壓紋波Psi (2 '/ + 0的幅值δ和相角-的表達(dá)式如下:{0^F,>2wCV ,\ψ = θι -π-'2 , 其中，F(xiàn)z和θ ζ分別為鐵路功率調(diào)節(jié)器的交流側(cè)二次脈動(dòng)總功率Pz的幅值和相角，C為直流側(cè)電容值，Ud為直流側(cè)電壓的直流分量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓紋波控制方法。根據(jù)鐵路功率調(diào)節(jié)器的交直流側(cè)的功率平衡原理，可推知鐵路功率調(diào)節(jié)器的直流側(cè)電壓存在著二次紋波電壓，電壓紋波的大小與交流測(cè)功率的波動(dòng)有關(guān)。如果將該二次紋波電壓引入到直流側(cè)電壓控制環(huán)中，將會(huì)輸出一個(gè)三次諧波的指令信號(hào)，會(huì)使鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出三次諧波電流，將會(huì)引起裝置的異常運(yùn)行。本發(fā)明提出了一種直流側(cè)電壓紋波的控制方法，通過(guò)對(duì)鐵路功率調(diào)節(jié)器的功率平衡模型的分析，可以推出直流側(cè)二次電壓紋波的大小，故此可以在電壓控制環(huán)上疊加一個(gè)相反的二次電壓紋波分量，消除其影響，實(shí)現(xiàn)裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/01GK103151782SQ20131012085
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者馬伏軍, 畢然 申請(qǐng)人:馬伏軍