用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置、控制方法
【专利摘要】本发明涉及用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置、控制方法，采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行SVPWM控制。电流内环中增加I*q为调度指令给出的q轴电流给定值，与q轴电流值经过比较产生q轴电压给定值U*q。q轴电压给定值U*q，d轴电压给定值U*d和相角θ用于SVPWM控制，控制AC/DC变流器的各功率管。本发明提供了一种同时具备能量回馈和无功补偿功能的制动能量回馈装置，提高了线路的功率因数，利于电网稳定和降低运营成本。
【专利说明】
用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置、控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种具备无功补偿功能的大容量地铁制动能量回馈装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济实力的不断增强，全国各地城市轨道交通项目建设进入了快速发展时期。地铁供电系统是城市用电大户，地铁车辆的制动能量占牵引能量的40%以上，采用传统电阻耗能型制动能量吸收装置造成制动能量的白白消耗，不仅无法实现节能，反而增加了环控系统的负担。
[0003]公开号为CN103475028A的中国专利文献提供了一种制动回馈装置。如图1、图2所示，为了最大程度实现地铁制动的回馈利用，采用中压并网方案，制动能量经过DC/AC变换后，由中压隔离变压器直接馈入中压电网，中压电网的容量大，瞬时功率不会对电网造成冲击。这种方案将制动能量回馈到中压电网，避免了能量的白白消耗。
[0004]地铁供电系统负荷变化大，白天地铁运行期间主变电所功率因数达到0.9以上，夜间负荷减少主变电所功率因数降到0.3左右，功率因数不足不仅会影响电网温度，而且带来较高的成本，即由于功率因数不够产生的罚款占全部地铁运营电费的10%以上。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具备无功补偿功能的地铁制动能量回馈装置的控制方法，用以解决功率因数不足影响电网稳定的问题。同时，本发明还提供了一种应用上述控制方法的地铁制动能量回馈装置。
[0006]为实现上述目的，本发明的方案包括:
[0007]用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置的控制方法，采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行PffM控制；电压给定值Ifdc与AC/DC变流器直流侧电压Udc之差经过PI调节作为电流内环的电流给定值I*d，I*d与d轴电流Id之差作为d轴电压给定值lfd; d轴电流Id、q轴电流Iq由AC/DC变流器交流侧电流经过坐标变换得到，I*q与Iq之差经过PI调节得到q轴电压给定值U*q ;I*q为调度指令给出的q轴电流给定值;d轴电压给定值Ifd，q轴电压给定值U*q和相角Θ用于SVPffM控制，控制AC/DC变流器的各功率管。
[0008]进一步的，相角Θ通过采集中压电网电压，经过锁相PLL得到。
[0009]进一步的，控制中心根据线路实时功率因数情况，计算需要补偿的无功功率容量并在全线各站点分配，发出控制命令，决定各站点的I*q。
[0010]本发明还提供了一种用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置，包括AC/DC变流器，AC/DC变流器直流侧连接直流牵引电网，交流侧通过变压器连接中压网络;地铁制动能量回馈装置采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行PffM控制；电压给定值Ifdc与AC/DC变流器直流侧电压Udc之差经过PI调节作为电流内环的电流给定值I*d，I*d与d轴电流Id之差作为d轴电压给定值lfd;d轴电流Id、q轴电流Iq由AC/DC变流器交流侧电流经过坐标变换得到，1、与Iq之差经过PI调节得到q轴电压给定值U*q;I*q为调度指令给出的q轴电流给定值;d轴电压给定值U*d，q轴电压给定值U*q和相角Θ用于SVPffM控制，控紳VC/DC变流器的各功率管。
[0011]进一步的，相角Θ通过采集中压电网电压，经过锁相PLL得到。
[0012]进一步的，控制中心根据线路实时功率因数情况，计算需要补偿的无功功率容量并在全线各站点分配，发出控制命令，决定各站点的I*q。
[0013]进一步的，所述中压网络为35kV网络。
[0014]本发明提供了一种同时具备能量回馈和无功补偿功能的制动能量回馈装置，可以同时实现两种控制功能，第一是将地铁制动产生的直流能量转换为交流能量回馈到中压电网，供整条线路的用电设备使用，实现能量的回馈利用;第二，也是更重要的，是使变流器根据调度指令向供电系统提供无功功率补偿，从而提高了线路的功率因数，利于电网稳定和降低运营成本。
【附图说明】
[0015]图1是制动能量回馈装置的结构图；
[0016]图2是制动能量回馈装置的AC/DC变流器拓扑图；
[0017]图3是制动能量回馈装置的控制结构图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0019]本发明一种同时具备能量回馈和无功补偿功能的制动能量回馈装置，如图3所示，具体的控制方法为:
[0020]采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行SVPWM。采用SVPmi控制可以提高电压利用率。
[0021]电压给定值Ifdc与AC/DC变流器直流侧电压Udc之差经过PI调节作为电流内环的电流给定值I*d，I*d与d轴电流Id之差作为d轴电压给定值U*d，IcUIq由AC/DC变流器交流侧电流经过坐标变换得到，I*q与Iq之差经过PI调节得到q轴电压给定值为调度指令给出的q轴电流给定值。d轴电压给定值U*d，q轴电压给定值U*q和相角Θ用于SVPWM控制，控制AC/DC变流器的各功率管。
[0022]其中，相角Θ通过采集中压35kV电网电压，经过锁相PLL得到。
[0023]上面的控制方法，采用了前馈解耦的方法，将交流电流的有功分量和无功分量分离，通过有功分量控制输出的有功功率，通过无功分量控制输出的无功功率。从而同时实现回馈有功功率和无功功率补偿的控制，而且，1、可以为调度指令给出，实现了无功功率的自动补偿。回馈装置通过以太网方式与供电系统的控制中心进行数据通信，根据控制中心根据线路实时功率因数情况，计算需要补偿的无功功率容量并在全线各站点合理分配，发出控制命令，决定各站点的I*q。
[0024]为了避免回馈装置故障时影响整流机组的正常运行，回馈装置配置独立的框架保护，当回馈装置发生直流框架泄露或者直流短路时，仅回馈装置退出运行，不会影响供电系统的正常运行，不会影响地铁的正常运行。
[0025]本发明地铁再生制动大容量能量回馈和轨道系统无功补偿的应用需求，设计了同时具备能量回馈和无功补偿功能的变流装置，为解决地铁供电系统能量回馈和无功补偿问题提供了新的解决思路。
[0026]以上给出了本发明涉及的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置的控制方法，其特征在于，采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行PffM控制； 电压给定值U*dc与AC/DC变流器直流侧电压Udc之差经过PI调节作为电流内环的电流给定值I*d，I*d与d轴电流Id之差作为d轴电压给定值U*d; d轴电流Id、q轴电流Iq由AC/DC变流器交流侧电流经过坐标变换得到，I*q与Iq之差经过PI调节得到q轴电压给定值u*q ； I*q为调度指令给出的q轴电流给定值； d轴电压给定值U*d，q轴电压给定值U*q和相角Θ用于SVPTOl控制，控制AC/DC变流器的各功率管。2.根据权利要求1所述的用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置的控制方法，其特征在于，相角Θ通过采集中压电网电压，经过锁相PLL得到。3.根据权利要求1所述的用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置的控制方法，其特征在于，控制中心根据线路实时功率因数情况，计算需要补偿的无功功率容量并在全线各站点分配，发出控制命令，决定各站点的I*q。4.用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置，其特征在于，包括AC/DC变流器，AC/DC变流器直流侧连接直流牵引电网，交流侧通过变压器连接中压网络;地铁制动能量回馈装置采用电压外环和电流内环的双闭环对AC/DC变流器进行PffM控制； 电压给定值U*dc与AC/DC变流器直流侧电压Udc之差经过PI调节作为电流内环的电流给定值I*d，I*d与d轴电流Id之差作为d轴电压给定值U*d; d轴电流Id、q轴电流Iq由AC/DC变流器交流侧电流经过坐标变换得到，I*q与Iq之差经过PI调节得到q轴电压给定值u*q ； I*q为调度指令给出的q轴电流给定值； d轴电压给定值U*d，q轴电压给定值U*q和相角Θ用于SVPTOl控制，控制AC/DC变流器的各功率管。5.根据权利要求4所述的用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置，其特征在于，相角Θ通过采集中压电网电压，经过锁相PLL得到。6.根据权利要求4所述的用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置，其特征在于，控制中心根据线路实时功率因数情况，计算需要补偿的无功功率容量并在全线各站点分配，发出控制命令，决定各站点的I*q。7.根据权利要求4所述的用于无功补偿的地铁制动能量回馈装置，其特征在于，所述中压网络为35kV网络。
【文档编号】H02J3/38GK106099978SQ201610535011
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】郑月宾, 张海龙, 牛化鹏, 常晶, 王高鹏, 崔炳涛, 桑福环, 柳拉勋, 宋树强, 郑宁
【申请人】许继集团有限公司, 国家电网公司, 国网安徽省电力公司, 许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司