一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置

1.本实用新型涉及dsp自动化控制技术领域，尤其涉及一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置。


背景技术：

2.我国电气化铁路迅速发展，电气化铁路的正常运营与牵引供电网的安全性和可靠性息息相关，由于牵引变压器特殊的三相—两相接线形式且为大功率的单相负荷供电，造成三相电流严重不平衡有负序电流流入电网，而且随着交—直型电力机车、交—直—交型电力机车的大量投入运行，电子电子整流电路产生的谐波含量很高，严重影响电网电能质量，会给牵引供电网、电力机车，以及周边企业、住户等的用电安全带来严重影响。因此，对电气化铁路负序、谐波电流检测及补偿技术进行研究，并采取有效措施进行治理就显得尤为必要和重要。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提出一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置。在大规模电气化铁路涉网后，提高电网电能质量，确保电网的稳定运行。
4.一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置，包括电流检测模块、dsp中央控制器模块、igbt隔离驱动模块、蓄电池组、逆变器1、逆变器2。
5.所述电流检测模块输入端与牵引变压器一次侧线路连接，输出端与dsp中央控制器模块输入端相连；
6.所述dsp中央控制器模块输出端与igbt隔离驱动模块输入端连接；
7.所述igbt隔离驱动模块与逆变器1、逆变器2的触发脉冲接受端相连相连；所述蓄电池组与逆变器1、逆变器2输入端相连。
8.所述dsp中央控制器包括第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器，直流电源，a/d转换器；所述dsp中央控制器的vcc引脚连接所述直流电源，dsp中央控制器的第一pwm引脚、第二pwm引脚、第三pwm引脚、第四pwm引脚、第五pwm引脚、第六pwm引脚、第七pwm引脚、第八pwm引脚、第九pwm引脚、第十pwm引脚、第十一pwm引脚、第十二pwm引脚分别与第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器的输入端连接，第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器的输出端分别与igbt隔离驱动模块的输入端连接；所述电流检测模块输入端与牵引变压器一次侧线路连接输出端与所述a/d转换器输入端相连；a/d转换器输出端与dsp中央控制器相连
9.所述逆变器1包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第一稳压管、第二稳压管、第三稳压管、第四稳压管、第五稳压管、第六稳压管、第一桥臂电抗器、第二桥臂电抗器、第三桥臂电抗器、缓冲电路rc1、缓冲电路rc2、缓冲电路rc3、缓冲电路rc4、缓冲电路rc5、缓冲电路rc6；所述逆变器2包括第七功率开关管、第八功率开关管、第九功率开关管、第十功率开关管、第十一功率开关管、第十二功率开关管，第七稳压管、第八稳压管、第九稳压管、第十稳压管、第十一稳压管、第十二稳压管，第四桥臂电抗器、第五桥臂电抗器、第六桥臂电抗器，缓冲电路rc7、缓冲电路rc8、缓冲电路rc9、缓冲电路rc10、缓冲电路rc11、缓冲电路rc12。所述第一稳压管和缓冲电路rc1并联于第一功率开关管发射极与集电极之间，所述第二稳压管和缓冲电路rc2并联于第二功率开关管发射极与集电极之间，所述第三稳压管和缓冲电路rc3并联于第三功率开关管发射极与集电极之间，所述第四稳压管和缓冲电路rc4并联于第四功率开关管发射极与集电极之间，所述第五稳压管和缓冲电路rc5并联于第五功率开关管发射极与集电极之间，所述第六稳压管和缓冲电路rc6并联于第六功率开关管发射极与集电极之间，所述第七稳压管和缓冲电路rc7并联于第七功率开关管发射极与集电极之间，所述第八稳压管和缓冲电路rc8并联于第八功率开关管发射极与集电极之间，所述第九稳压管和缓冲电路rc9并联于第九功率开关管发射极与集电极之间，所述第十稳压管和缓冲电路rc10并联于第十功率开关管发射极与集电极之间，所述第十一稳压管和缓冲电路rc11并联于第十一功率开关管发射极与集电极之间，所述第十二稳压管和缓冲电路rc12并联于第十二功率开关管发射极与集电极之间；所述第一桥臂电抗器连接第一功率开关管与牵引变压器一次侧a相母线之间、第二桥臂电抗器连接第三功率开关管与牵引变压器一次侧b相母线之间、第三桥臂电抗器连接第五功率开关管与牵引变压器一次侧c相母线之间、第四桥臂电抗器连接第七功率开关管与牵引变压器一次侧a相母线之间、第五桥臂电抗器连接第九功率开关管与牵引变压器一次侧b相母线之间、第六桥臂电抗器连接第十一功率开关管与牵引变压器一次侧c相母线之间。
10.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
11.本实用新型提供的一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置，由于离电气化铁路的迅速发展及其牵引变压器特殊的接线形式，在牵引变电站为电铁供电时，会在牵引变压器一次侧检测到负序电流及谐波电流，并流入电网影响电网电能质量。因此设计上述控制策略，可以对牵引变压器一次侧负序、谐波电流进行综合补偿改善电网的电能质量，从而进一步提高为其供电电网的可靠性、稳定性。
附图说明
12.图1为本实用新型实施例牵引变电站电流综合补偿控制器结构图；
13.图2为本实用新型实施例中央控制器原理图；
14.图3为本实用新型实施实施例igbt隔离驱动模块原理图；
15.图4为本实用新型实施实施例电流检测模块原理图；
16.图5为本实用新型实施例逆变器1和逆变器2电路原理图；
17.图6为本实用新型实施例电流综合补偿控制方法流程图。
18.图7为本实用新型实施例采用综合补偿装置前后牵引变压器一次侧电流波形图。
19.其中，图7(a)
‑
综合补偿前的三相电流波形图，图7(b)
‑
综合补偿后的三相电流波形图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
21.一种牵引变电站的负序、谐波电流检测与补偿装置，如图1所示，包括电流检测模块、dsp中央控制器模块、igbt隔离驱动模块、蓄电池组、逆变器1、逆变器2。
22.所述电流检测模块如图4所示，输入端与牵引变压器一次侧线路连接，输出端与中央控制器输入端相连；
23.所述中央控制器输出端与igbt隔离驱动模块输入端连接；
24.所述igbt隔离驱动模块如图3所示，与逆变器的触发脉冲接受端相连相连；所述蓄电池组与逆变器输入端相连；
25.所述dsp中央控制器如图2所示，包括第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器，直流电源，a/d转换器；所述dsp中央控制器的vcc引脚连接所述直流电源，dsp中央控制器的第一pwm引脚、第二pwm引脚、第三pwm引脚、第四pwm引脚、第五pwm引脚、第六pwm引脚、第七pwm引脚、第八pwm引脚、第九pwm引脚、第十pwm引脚、第十一pwm引脚、第十二pwm引脚分别与第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器的输入端连接，第一pwm控制器、第二pwm控制器、第三pwm控制器、第四pwm控制器、第五pwm控制器、第六pwm控制器、第七pwm控制器、第八pwm控制器、第九pwm控制器、第十pwm控制器、第十一pwm控制器、第十二pwm控制器的输出端分别与igbt隔离驱动模块的输入端连接；所述电流检测模块输入端与牵引变压器一次侧线路连接输出端与所述a/d转换器输入端相连；a/d转换器输出端与dsp中央控制器相连
26.所述逆变器1、逆变器2如图5所示，逆变器1包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第一稳压管、第二稳压管、第三稳压管、第四稳压管、第五稳压管、第六稳压管、第一桥臂电抗器、第二桥臂电抗器、第三桥臂电抗器、缓冲电路rc1、缓冲电路rc2、缓冲电路rc3、缓冲电路rc4、缓冲电路rc5、缓冲电路rc6；所述逆变器2包括第七功率开关管、第八功率开关管、第九功率开关管、第十功率开关管、第十一功率开关管、第十二功率开关管，第七稳压管、第八稳压管、第九稳压管、第十稳压管、第十一稳压管、第十二稳压管，第四桥臂电抗器、第五桥臂电抗器、第六桥臂电抗器，缓冲电路rc7、缓冲电路rc8、缓冲电路rc9、缓冲电路rc10、缓冲电路rc11、缓冲电路rc12。所述第一稳压管和缓冲电路rc1并联于第一功率开关管发射极与集电极之间，所述第二稳压管和缓冲电路rc2并联于第二功率开关管发射极与集电极之间，所述第三稳压管和缓冲电路rc3并联于第三功率开关管发射极与集电极之间，所述第四稳压管和缓冲电路rc4并联于第四功率开关管发射极与集电极之间，所述第五稳压管和缓冲电路rc5并联于第五功率开关管发射极与集电极之间，所述第六稳压管和缓冲电路rc6并联于第六功
率开关管发射极与集电极之间，所述第七稳压管和缓冲电路rc7并联于第七功率开关管发射极与集电极之间，所述第八稳压管和缓冲电路rc8并联于第八功率开关管发射极与集电极之间，所述第九稳压管和缓冲电路rc9并联于第九功率开关管发射极与集电极之间，所述第十稳压管和缓冲电路rc10并联于第十功率开关管发射极与集电极之间，所述第十一稳压管和缓冲电路rc11并联于第十一功率开关管发射极与集电极之间，所述第十二稳压管和缓冲电路rc12并联于第十二功率开关管发射极与集电极之间；所述第一桥臂电抗器连接第一功率开关管与牵引变压器一次侧a相母线之间、第二桥臂电抗器连接第三功率开关管与牵引变压器一次侧b相母线之间、第三桥臂电抗器连接第五功率开关管与牵引变压器一次侧c相母线之间、第四桥臂电抗器连接第七功率开关管与牵引变压器一次侧a相母线之间、第五桥臂电抗器连接第九功率开关管与牵引变压器一次侧b相母线之间、第六桥臂电抗器连接第十一功率开关管与牵引变压器一次侧c相母线之间。
27.另一方面，一种牵引变压器负序、谐波电流检测与补偿方法，通过前述的一种电流补偿装置控制器实现，如图6所示，包括如下步骤：
28.步骤1：附图1中逆变器1通过电流检测模块对牵引变压器一次侧电流进行检测，通过a/d转换器转换后，通过dsp中央控制器的编程在内部进行对称分量法计算；
29.步骤2：在dsp中央控制器中将计算得到的结果进行处理作为补偿负序电流参考值；
30.步骤3：将电流参考值与附图1中逆变器1输出电流相比较，若逆变器输出电流超出预先设置的参考电流滞环带时，附图1中逆变器1电路每相对应桥臂的上桥臂全控型器件关断，下桥臂全控型器件导通，若逆变器输出电流低于预先设置的参考电流滞环带时，附图1中逆变器1每相对应桥臂的上桥臂全控型器件导通，下桥臂全控型器件关断。
31.步骤4：附图1中逆变器2通过电流检测装置对三相线路电流进行检测，通过a/d转换器转换后，通过dsp中央控制器的编程在内部进行对称分量法计算；
32.步骤5：将计算得到的正序电流信号通过坐标变换由三相静止变换为两相静止的电流iα、iβ；再通过瞬时无功功率理论将iα、iβ变换为有功电流ip、无功电流iq，这时将正序分量中高次谐波含量的电流滤除，得到线路正序电流的基波分量然后对ip、iq进行反变换为两相静止的iα1、iβ1，再变换为三相静止的电流ia、ib、ic作为减数被对称分量法计算出的正序电流减掉，在dsp中央控制器中将计算得到的结果进行处理输出的三相电流信号作为补偿正序谐波电流参考值；
33.步骤6：将电流参考值与附图1中逆变器2输出电流相比较，若逆变器输出电流超出预先设置的参考电流滞环带时，附图1中逆变器2每相对应桥臂的上桥臂全控型器件关断，下桥臂全控型器件导通，若逆变器输出电流低于预先设置的参考电流滞环带时，附图1中逆变器2每相对应桥臂桥臂的上桥臂全控型器件导通，下桥臂全控型器件关断。
34.本实用新型实施例中牵引变压器一次侧三相电流采用补偿装置前后的波形如图7所示，从波形图可以直观看出，进行综合补偿后电流的不对称程度大幅下降，近似于三相对称，补偿装置对负序、谐波电流起到了很好的补偿效果。
35.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征
进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。