專利名稱：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、大功率和負荷發(fā)展，其電力牽引變壓器的電能質(zhì)量問題變得越來越至關(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)生負序電流，給電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電和變電設(shè)備的運行帶來嚴重危害，例如增加發(fā)電機的損耗，降低變壓器出力等，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。另外，高速鐵路電力機車產(chǎn)生的諧波也降低了其供電系統(tǒng)和上級電力系統(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)生的負序和諧波電流。針對電氣化鐵路的負序、諧波問題，國內(nèi)外已出現(xiàn)一些補償措施。采用SVC安裝在牽引變壓器的兩供電臂進行電氣化鐵路的負序補償，能有效補償無功，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。但是由于鐵路機車是隨機性負載，具有很強的波動性和擾動性，SVC的一般只能固定補償，其動態(tài)補償性能不佳。采取單相有源濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣化鐵路的諧波抑制，但不能有效補償電氣化鐵路中的負序電流。針對鐵路供電系統(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，利用背靠背的兩個單相H橋變換器進行有功、無功及諧波的控制，能實現(xiàn)對負序和諧波綜合補償。另外，清華大學(xué)有學(xué)者提出一種三相有源補償系統(tǒng)一有源電能質(zhì)量補償器，其結(jié)構(gòu)是將兩單相電源變換為三相平衡電壓，再將一個三相變換器通過三個輸出電感與三相平衡電源連接，這將比RPC節(jié)省了兩個功率開關(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)器具有動態(tài)響應(yīng)速度快、補償范圍寬、輸出諧波小、系統(tǒng)穩(wěn)定性強等諸多優(yōu)點而成為鐵路系統(tǒng)中電能質(zhì)量補償裝置發(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單相逆變組成，兩個單相逆變器通過公用的直流側(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，將會輸出一個三次諧波的指令信號，會使鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出三次諧波電流，將會引起裝置的異常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(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)定運行。為解決上述技術(shù)問題，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)器包括兩個單相降壓變壓器和兩個H橋單相逆變模塊，所述兩個H橋單相逆變模塊通過一個直流側(cè)電容連接成背靠背結(jié)構(gòu)；所述兩個H橋單相逆變模塊的交流側(cè)分別通過一個濾波電感與所述兩個單相降壓變壓器副邊連接，所述兩個單相降壓變壓器的原邊分別與v/ν牽引變壓器兩個單相牽引供電臂連接，該方法為:I)檢測得到直流側(cè)電壓ud。，將直流側(cè)電壓ud。與參考信號Uref作差，得到誤差信號Audc ;2)根據(jù)交直流側(cè)功率平衡的原理，計算得到直流側(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)器包括兩個單相降壓變壓器和兩個H橋單相逆變模塊，所述兩個H橋單相逆變模塊通過一個直流側(cè)電容連接成背靠背結(jié)構(gòu)；所述兩個H橋單相逆變模塊的交流側(cè)分別通過一個濾波電感與所述兩個單相降壓變壓器副邊連接，所述兩個單相降壓變壓器的原邊分別與V/V牽引變壓器兩個單相牽弓I供電臂連接，其特征在于，該方法為: O檢測得到直流側(cè)電壓ud。，將直流側(cè)電壓ud。與參考信號Uref作差，得到誤差信號Audc ; 2)根據(jù)交直流側(cè)功率平衡的原理，計算得到直流側(cè)二次電壓紋波為Psin(Wp); 3)將誤差信號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，輸出一個電壓調(diào)節(jié)信號AItjutA)將電壓調(diào)節(jié)信號Λ Iwt分別乘以兩牽引供電臂的同步信號sin(wt-30° )和Sin(wt-90° )，然后根據(jù)V/V牽引變壓器負序補償原理計算兩相H橋單相逆變模塊的負序電流補償參考信號ima、ime，并將負序電流補償參考信號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i αι 和i ; 6)將電壓外環(huán)輸出的電流信號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ea和ee ； 7)將電流內(nèi)環(huán)的跟蹤誤差信號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Ua和110 ； 8)將調(diào)制波信號Ua和110送入PWM調(diào)制單元，進行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關(guān)驅(qū)動信號，驅(qū)動功率開關(guān)管輸出期望的電壓電流信號。
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+的的計算步驟如下:1)根據(jù)鐵路功率調(diào)節(jié)器的負序電流補償參考信號、牽引供電臂的電壓以及濾波電感的電感值L，計算出鐵路功率調(diào)節(jié)器的交流側(cè)二次脈動總功率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橋單相逆變模塊補償?shù)臒o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功率的波動有關(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，將會輸出一個三次諧波的指令信號，會使鐵路功率調(diào)節(jié)器輸出三次諧波電流，將會引起裝置的異常運行。本發(fā)明提出了一種直流側(cè)電壓紋波的控制方法，通過對鐵路功率調(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)上疊加一個相反的二次電壓紋波分量，消除其影響，實現(xiàn)裝置的正常穩(wěn)定運行。
文檔編號H02J3/01GK103151782SQ20131012085
公開日2013年6月12日 申請日期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 申請人:馬伏軍