专利名称：一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法
技术领域：
本发明涉及对铁路功率调节器的直流纹波控制、电压外环控制、电流内环控制方法，特别是一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法。
背景技术：
随着电气化铁路朝着高速、大功率和负荷发展，其电力牵引变压器的电能质量问题变得越来越至关重要。高速铁路牵引供电系统由于采用单相供电方式，产生负序电流，给电力系统中的发电、输电和变电设备的运行带来严重危害，例如增加发电机的损耗，降低变压器出力等，严重影响电力系统的安全经济运行。另外，高速铁路电力机车产生的谐波也降低了其供电系统和上级电力系统的可靠性。因此，必须采取有效措施抑制高速铁路供电系统产生的负序和谐波电流。针对电气化铁路的负序、谐波问题，国内外已出现一些补偿措施。采用SVC安装在牵引变压器的两供电臂进行电气化铁路的负序补偿，能有效补偿无功，提高系统的功率因数。但是由于铁路机车是随机性负载，具有很强的波动性和扰动性，SVC的一般只能固定补偿，其动态补偿性能不佳。采取单相有源滤波器能够实现对电气化铁路的谐波抑制，但不能有效补偿电气化铁路中的负序电流。针对铁路供电系统的单相供电特性，日本学者提出了铁路功率调节器RPC，利用背靠背的两个单相H桥变换器进行有功、无功及谐波的控制，能实现对负序和谐波综合补偿。另外，清华大学有学者提出一种三相有源补偿系统一有源电能质量补偿器，其结构是将两单相电源变换为三相平衡电压，再将一个三相变换器通过三个输出电感与三相平衡电源连接，这将比RPC节省了两个功率开关器件，但需要结构较复杂的平衡变压器。相比较而言，铁路功率调节器具有动态响应速度快、补偿范围宽、输出谐波小、系统稳定性强等诸多优点而成为铁路系统中电能质量补偿装置发展的方向。然而，根据铁路功率调节器是由背靠背的两个单相逆变组成，两个单相逆变器通过公用的直流侧电容连接在一起。根据铁路功率调节器交直流侧的功率平衡分析，可推知铁路功率调节器的直流侧电压存在着二次电压纹波，电压纹波的大小与交流侧功率的波动有关。如果将该二次纹波电压引入到系统的直流侧电压控制环中，将会输出一个三次谐波的指令信号，会使铁路功率调节器输出三次谐波电流，将会引起装置的异常运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法，消除输出电流中的三次谐波分量，保证装置铁路功率调节器的正常稳定运行。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法，包括铁路功率调节器，所述铁路功率调节器包括两个单相降压变压器和两个H桥单相逆变模块，所述两个H桥单相逆变模块通过一个直流侧电容连接成背靠背结构；所述两个H桥单相逆变模块的交流侧分别通过一个滤波电感与所述两个单相降压变压器副边连接，所述两个单相降压变压器的原边分别与v/ν牵引变压器两个单相牵引供电臂连接，该方法为:I)检测得到直流侧电压ud。，将直流侧电压ud。与参考信号Uref作差，得到误差信号Audc ;2)根据交直流侧功率平衡的原理，计算得到直流侧二次电压纹波为
权利要求
1.一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法，包括铁路功率调节器，所述铁路功率调节器包括两个单相降压变压器和两个H桥单相逆变模块，所述两个H桥单相逆变模块通过一个直流侧电容连接成背靠背结构；所述两个H桥单相逆变模块的交流侧分别通过一个滤波电感与所述两个单相降压变压器副边连接，所述两个单相降压变压器的原边分别与V/V牵引变压器两个单相牵弓I供电臂连接，其特征在于，该方法为: O检测得到直流侧电压ud。，将直流侧电压ud。与参考信号Uref作差，得到误差信号Audc ; 2)根据交直流侧功率平衡的原理，计算得到直流侧二次电压纹波为Psin(Wp); 3)将误差信号Autk减去直流侧电压二次纹波+_，得到直流侧电压的直流变换量AUd。； 4)将直流变换量ΛUd。送入PI控制器调节之后，输出一个电压调节信号AItjutA)将电压调节信号Λ Iwt分别乘以两牵引供电臂的同步信号sin(wt-30° )和Sin(wt-90° )，然后根据V/V牵引变压器负序补偿原理计算两相H桥单相逆变模块的负序电流补偿参考信号ima、ime，并将负序电流补偿参考信号ima，ime分别与Λ ItjutSin(wt-30° )，Δ 1utsin (wt-90° )叠加,得到电压外环输出的电流信号i αι 和i ; 6)将电压外环输出的电流信号1 和分别与铁路功率调节器α，β两相H桥单相逆变模块输出电流I和相减，得到电流内环的跟踪误差信号ea和ee ； 7)将电流内环的跟踪误差信号ea和4送入内环PI调节器，得到铁路功率调节器a，β两相H桥单相逆变模块 的调制波信号Ua和110 ； 8)将调制波信号Ua和110送入PWM调制单元，进行SPWM调制，得到铁路功率调节器a，β两相H桥单相逆变模块的开关驱动信号，驱动功率开关管输出期望的电压电流信号。
2.根据权利要求1所述的铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，直流侧二次电压纹波Psi i(2的+的的计算步骤如下:1)根据铁路功率调节器的负序电流补偿参考信号、牵引供电臂的电压以及滤波电感的电感值L，计算出铁路功率调节器的交流侧二次脉动总功率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表示牵引供电臂的电网电压的幅值，W表示电网基波角频率，θ a和Θ e分别表示a，β两相牵引供电臂电压的相角，Ip表示铁路功率调节器转移有功电流的幅值，Iga和Iq0分别表示铁路功率调节器a，β是两相H桥单相逆变模块补偿的无功电流的幅值； 2)直流侧二次电压纹波Psi (2 '/ + 0的幅值δ和相角-的表达式如下:{0^F,>2wCV ,\ψ = θι -π-'2 , 其中，Fz和θ ζ分别为铁路功率调节器的交流侧二次脉动总功率Pz的幅值和相角，C为直流侧电容值，Ud为直流侧电压的直流分量。
全文摘要
本发明公开了一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法。根据铁路功率调节器的交直流侧的功率平衡原理，可推知铁路功率调节器的直流侧电压存在着二次纹波电压，电压纹波的大小与交流测功率的波动有关。如果将该二次纹波电压引入到直流侧电压控制环中，将会输出一个三次谐波的指令信号，会使铁路功率调节器输出三次谐波电流，将会引起装置的异常运行。本发明提出了一种直流侧电压纹波的控制方法，通过对铁路功率调节器的功率平衡模型的分析，可以推出直流侧二次电压纹波的大小，故此可以在电压控制环上叠加一个相反的二次电压纹波分量，消除其影响，实现装置的正常稳定运行。
文档编号H02J3/01GK103151782SQ20131012085
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者马伏军, 毕然 申请人:马伏军