基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法

本发明涉及牵引供电，具体涉及一种基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法。

背景技术：

1、目前，世界上诸多国家的既有电气化铁路牵引供电系统多采用25kv工频单相交流供电制式。变电所经牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间需设置电分相。但是随着这种供电制式在牵引供电领域的大规模使用，也暴露出诸多问题：

2、(1)电能质量较差。首先牵引负荷作为单相非线性冲击负荷，运行过程中功率较大，会有较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称运行。此外牵引负荷作为谐波源，运行过程中引起的谐波具有随机性、波动性、不平衡性的特点，对沿线通信造成影响，甚至发生车网谐振事故。

3、(2)存在电分相。受限于工频单相交流供电制式存在的频率及相位问题，牵引网上每隔一段距离便会有电分相环节，为供电死区，列车需要断电运行，一定程度上限制了列车速度的提升，同时电分相装置自身可靠性较低。

4、(3)供电能力受限。由于电分相的存在，因而每个牵引变电所均设置一主一备两个牵引变压器，造成一定的容量浪费，存在牵引变电所的供电能力受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法解决了现有牵引供电系统电能质量较差、存在电分相和供电能力受限的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其包括以下步骤：

4、s1、获取并根据基于mmc的柔性直流牵引供电的电路信息建立三相mmc在d-q坐标系下的数学模型；

5、s2、构建基于mmc的柔性直流牵引供电所间协同控制模型，获取各个基于mmc的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值；

6、s3、根据基于mmc的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值建立外环电压控制模型；

7、s4、根据外环电压控制模型建立内环电流控制模型；

8、s5、根据三相mmc在d-q坐标系下的数学模型建立环流抑制调制波修正量模型、三相mmc调制模型和电容电压均衡模型；

9、s6、基于步骤s2至步骤s5得到的模型进行基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制。

10、本发明的有益效果为：

11、1、本发明能够实现牵引网长距离、无电分相供电，减少沿线的牵引变电所数量，同时使得牵引供电系统在供电区域稳定、高质量供电，还具有方便接入新能源、储能系统以及城轨牵引供电系统，增加供电距离，减少牵引变电所数量的优点。

12、2、本发明能够保证牵引供电系统、牵引变电所稳定运，并能解决模块化多电平变换器(mmc)内部环流及子模块电容电压不平衡问题，考虑牵引变电所故障退出与所间通信故障情况下，能够实现全线各所述牵引变电所输出功率按需均衡分配的同时，限制牵引变电所输出电压的偏离。

13、3、本发明适用于基于模块化多电平变换器的35kv柔性直流牵引供电系统。

技术特征：

1.一种基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s1中三相mmc在d-q坐标系下的数学模型的表达式为：

3.根据权利要求2所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s2中的具体方法包括以下子步骤：

4.根据权利要求3所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s3中外环电压控制模型的表达式为：

5.根据权利要求4所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s4的具体方法为：

6.根据权利要求3所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s5中环流抑制调制波修正量模型的建立方法为：

7.根据权利要求3所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s5中三相mmc调制模型的表达式为：

8.根据权利要求7所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s6中电容电压均衡模型的建立方法为：

9.根据权利要求3所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s2-5中迭代次数k的计算方法为：

10.根据权利要求3所述的基于mmc的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其特征在于，步骤s2-6中系统状态转移矩阵中第i行第j列的元素dij的计算方法为：

技术总结
本发明公开了基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制方法，其包括以下步骤：建立三相MMC在d‑q坐标系下的数学模型；获取各个基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值；根据基于MMC的柔性直流牵引供电所电压外环控制的参考电压值建立外环电压控制模型；根据外环电压控制模型建立内环电流控制模型；根据三相MMC在d‑q坐标系下的数学模型建立环流抑制调制波修正量模型、三相MMC调制模型和电容电压均衡模型；根据得到的模型进行基于MMC的柔性直流牵引供电综合协调控制。本发明能够实现牵引网长距离、无电分相供电，减少沿线的牵引变电所数量，同时使得牵引供电系统在供电区域稳定、高质量供电。

技术研发人员：何晓琼,王东,潘义松,曾理,韩鹏程,林静英
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15