一種mmcc式直接鐵路功率補(bǔ)償器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器及其控制方法，MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器為四邊形單相AC-AC變換器結(jié)構(gòu)，四個(gè)邊都是由模塊化、多電平級(jí)聯(lián)變換器和電感組成，不需要降壓變壓器直接可與牽引供電臂連接。該種單相AC-AC變換器，中間不需要直流環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向變換和流動(dòng)，同時(shí)能補(bǔ)償兩個(gè)牽引供電臂的無(wú)功和諧波。同時(shí)，提出了MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器的電壓、電流綜合控制方法，可以實(shí)現(xiàn)輸出電流的快速響應(yīng)，維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定和均衡，能有效提高系統(tǒng)的控制性能。
【專利說(shuō)明】一種MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路牽引系統(tǒng)的電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，特別是一種MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速電氣化鐵路作為當(dāng)代高新技術(shù)的集成，具有運(yùn)能大、能耗低、污染小、安全舒適等優(yōu)勢(shì)，是可持續(xù)性和環(huán)境友好性的運(yùn)輸模式，是國(guó)家創(chuàng)新能力、綜合國(guó)力以及國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。然而，高速電氣化鐵路由于其獨(dú)特的供電方式和機(jī)車負(fù)載特性，給電力系統(tǒng)帶來(lái)了負(fù)序、諧波、電壓波動(dòng)和閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題，降低了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，影響鄰近電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)，隨著高速鐵路供電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和壯大，由此帶來(lái)的負(fù)序和無(wú)功等電能質(zhì)量問(wèn)題已越來(lái)越嚴(yán)重，必須采取有效的治理措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路牽引供電系統(tǒng)高質(zhì)、安全和經(jīng)濟(jì)供電。
[0003]為了治理鐵路供電系統(tǒng)的負(fù)序、無(wú)功等電能質(zhì)量問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外有多種的電能質(zhì)量補(bǔ)償方案被提出和應(yīng)用。有文獻(xiàn)采用斯科特(SCOTT)變壓器、阻抗匹配變壓器等平衡變壓器結(jié)構(gòu)來(lái)減小負(fù)序電流平衡三相電流。在傳統(tǒng)的電力機(jī)車線路上，由于其功率因數(shù)較低，有文獻(xiàn)采用安裝無(wú)源濾波器，無(wú)源部分容易與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生串并聯(lián)諧振。有文獻(xiàn)采用TCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC)對(duì)牽引變電所的無(wú)功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,但是產(chǎn)生諧波電流。有文獻(xiàn)提出了基于磁控電抗器的靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器，無(wú)諧波污染，但是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力有限。為了抑制電力機(jī)車和靜止無(wú)功補(bǔ)償器產(chǎn)生的諧波電流，有文獻(xiàn)采用混合型有源濾波器對(duì)諧波電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，無(wú)源和有源混合在一起，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高。有文獻(xiàn)提出采用全控型靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Var Generator, SVG)對(duì)牽引系統(tǒng)的無(wú)功和諧波動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但是SVG是安裝在三相高壓側(cè)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率器件多，成本昂貴?？紤]到鐵路供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，日本學(xué)者提出了鐵路功率調(diào)節(jié)器(Railway static PowerConditioner, RPC)，利用背靠背的2個(gè)功率變流器安裝在供電系統(tǒng)的兩供電臂上，兩者可以聯(lián)合進(jìn)行有功、無(wú)功及諧波控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序和無(wú)功綜合補(bǔ)償。傳統(tǒng)鐵路功率調(diào)節(jié)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。為了提高功率補(bǔ)償裝置容量，有學(xué)者提出采用多模塊并聯(lián)形式組成一種多重化的鐵路功率調(diào)節(jié)器，單個(gè)背靠背功率模塊單元各個(gè)變流器(H橋)的交流側(cè)通過(guò)降壓分裂變壓器的副邊分裂繞組并聯(lián)，直流側(cè)電容相互獨(dú)立，通過(guò)載波移相實(shí)現(xiàn)多重化。該種結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)降壓分裂變壓器，容量與補(bǔ)償容量相當(dāng)?shù)?，從而?dǎo)致裝置的成本高，體積大笨重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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，提供一種可以直接進(jìn)行功率的雙向變換和流動(dòng)的MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器及確保MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器能夠?qū)崿F(xiàn)有功轉(zhuǎn)移和無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂品椒ā?br> [0005]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MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器，包括四個(gè)功率補(bǔ)償單元，所述功率補(bǔ)償單元包括一個(gè)H橋鏈和一個(gè)與所述H橋鏈連接的濾波電感；第一功率補(bǔ)償單元的濾波電感與第二功率補(bǔ)償單元的濾波電感連接；第三功率補(bǔ)償單元的濾波電感與第四功率補(bǔ)償單元的濾波電感連接；第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈與第三功率補(bǔ)償單元的H橋鏈連接；第二功率補(bǔ)償單元的H橋鏈與第四功率補(bǔ)償單元的H橋鏈連接；所述第一功率補(bǔ)償單元與第二功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)、第三功率補(bǔ)償單元與第四功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第一個(gè)牽引供電臂；所述第一功率補(bǔ)償單元與第三功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)、第二功率補(bǔ)償單元與第四功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第二個(gè)牽弓丨供電臂；所述H橋鏈由多個(gè)H橋單元串聯(lián)組成。
[0006]本發(fā)明還提供了上述MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器的控制方法，該方法為:
[0007]I)檢測(cè)MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器中所有H橋單元的直流側(cè)電壓ulx，u2x, U3x和U4x，其中Ulx表示第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的第X個(gè)H橋單元的直流側(cè)電壓，其它依次類推；求取第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈和第四功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值Uavl、第二功率補(bǔ)償單元的H橋鏈和第三功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值Uav2以及所有H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值uav，如下所示:
[0008]
【權(quán)利要求】
1. 一種MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器，其特征在于，包括四個(gè)功率補(bǔ)償單元，所述功率補(bǔ)償單元包括一個(gè)H橋鏈和一個(gè)與所述H橋鏈連接的濾波電感；第一功率補(bǔ)償單元的濾波電感與第二功率補(bǔ)償單元的濾波電感連接；第三功率補(bǔ)償單元的濾波電感與第四功率補(bǔ)償單元的濾波電感連接；第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈與第三功率補(bǔ)償單元的H橋鏈連接；第二功率補(bǔ)償單元的H橋鏈與第四功率補(bǔ)償單元的H橋鏈連接；所述第一功率補(bǔ)償單元與第二功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)、第三功率補(bǔ)償單元與第四功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第一個(gè)牽引供電臂；所述第一功率補(bǔ)償單元與第三功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)、第二功率補(bǔ)償單元與第四功率補(bǔ)償單元的交點(diǎn)接入牽引變壓器的第二個(gè)牽引供電臂；所述H橋鏈由多個(gè)H橋單元串聯(lián)組成。
2.—種權(quán)利要求1所述的MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器的控制方法，其特征在于，該方法為: I)檢測(cè)MMCC式直接鐵路功率補(bǔ)償器中所有H橋單元的直流側(cè)電壓ulx，u2x, u3x和u4x，其中Ulx表示第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的第X個(gè)H橋單元的直流側(cè)電壓，其它依次類推；求取第一功率補(bǔ)償單元的H橋鏈和第四功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值Uavl、第二功率補(bǔ)償單元的H橋鏈和第三功率補(bǔ)償單元的H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值Uav2以及所有H橋鏈的直流側(cè)電壓平均值uav，如下所示:
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103532153SQ201310516289
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】馬伏軍, 羅安, 熊橋坡, 劉月華 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)