同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器和V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，其原邊連接三相公共電網(wǎng)，其副邊兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器和兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器分別與牽引供電臂連接。本發(fā)明通過(guò)磁控性靜止無(wú)功補(bǔ)償器和混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器混合補(bǔ)償，綜合解決了牽引供電系統(tǒng)中的無(wú)功、負(fù)序不平衡和諧波問(wèn)題，并可效降低了混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償容量和變流器直流側(cè)電壓。
【專利說(shuō)明】同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于同相牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種同相供電系 統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電氣化鐵路牽引負(fù)荷具有非線性、功率因數(shù)低和三相不平衡的特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生諧波、 無(wú)功和負(fù)序等電能質(zhì)量問(wèn)題。近些年隨著電力機(jī)車不斷提速，常規(guī)牽引供電系統(tǒng)存在的過(guò) 分相問(wèn)題日益明顯，過(guò)分相不僅會(huì)造成列車速度下降，旅客感覺(jué)不適，還需要加裝復(fù)雜的自 動(dòng)控制設(shè)備。
[0003] 為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了同相牽引供電系統(tǒng)。同相牽引供電系統(tǒng)不僅將分區(qū)亭 的數(shù)目減少一半，而剩下的分區(qū)亭也可以由分相器代替。由于相鄰供電區(qū)間的電壓差很小， 因此對(duì)分相器的絕緣要求不高。分區(qū)亭數(shù)量的減少和絕緣要求的降低有利于列車的連續(xù)受 流，提高列車運(yùn)行速度。但是由于在同相牽引供電系統(tǒng)中，單個(gè)牽引變供電范圍內(nèi)只有單相 進(jìn)行供電，因此不平衡問(wèn)題較以往更為嚴(yán)重，因此需要加裝補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。
[0004] 目前已有的補(bǔ)償設(shè)備主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種稱為有源功率調(diào)節(jié)器（Active Power Conditioner，APC)，這種補(bǔ)償方式所需要的補(bǔ)償容量很大，限制了其廣泛應(yīng)用。另一種稱為 混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（Hybrid Power Quality Conditioner, HPQC)，這種補(bǔ)償器在一定程 度上減小了有源補(bǔ)償設(shè)備的補(bǔ)償容量，但是并不能滿足在任何負(fù)荷下保持補(bǔ)償容量最小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)傳統(tǒng)混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器補(bǔ)償容量不能隨負(fù)荷變化保持輸出功率最小的問(wèn) 題，本發(fā)明結(jié)合混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（HPQC)和磁控性靜止無(wú)功補(bǔ)償器（MSVC)，提出了一種 同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，通過(guò)控制MSVC的補(bǔ)償容量，使得HPQC的輸出 基波功率為純有功功率，實(shí)現(xiàn)HPQC輸出基波功率最小。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] -、一種同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)，包括混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、兩個(gè)磁 控靜止無(wú)功補(bǔ)償器和V/V牽引變壓器；V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，其原 邊連接三相公共電網(wǎng)，其副邊兩個(gè)輸出端為牽引供電臂；混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器和兩個(gè)磁控 靜止無(wú)功補(bǔ)償器分別與牽引供電臂連接。
[0008] 上述混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器，兩個(gè)H橋變流器通 過(guò)公用直流電容器背靠背連接，兩個(gè)H橋變流器的輸出端分別串聯(lián)LC支路、電感支路后通 過(guò)降壓變壓器并聯(lián)到牽引供電臂。
[0009] 根據(jù)以下相序關(guān)系確定V/V牽引變壓器的負(fù)荷牽引供電臂：
[0010] ⑴若公共連接端連接C相，則ac側(cè)的牽引供電臂為負(fù)荷牽引供電臂，be側(cè)的牽 引供電臂為非負(fù)荷牽引供電臂；
[0011] ⑵若公共連接端連接b相，則be側(cè)的牽引供電臂為負(fù)荷牽引供電臂，ab側(cè)的牽 引供電臂為非負(fù)荷牽引供電臂；
[0012] (3)若公共連接端連接a相，則ab側(cè)的牽引供電臂為負(fù)荷牽引供電臂，ca側(cè)的牽 引供電臂為非負(fù)荷牽引供電臂。
[0013] 混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中，與V/V牽引變壓器負(fù)荷牽引供電臂并聯(lián)的H橋變流器輸 出端串聯(lián)LC支路，與V/V牽引變壓器非負(fù)荷牽引供電臂并聯(lián)的H橋變流器輸出端串聯(lián)電感 支路。
[0014] V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器連接構(gòu)成，兩個(gè)單相變壓器的相連端即公共連 接端，公共連接端在V/V牽引變壓器低壓側(cè)，連接鐵軌?；旌想娔苜|(zhì)量調(diào)節(jié)器和磁控靜止無(wú) 功補(bǔ)償器分別連接V/V牽引變壓器副邊輸出端和公共連接端間，機(jī)車負(fù)荷連接在V/V牽引 變壓器副邊的其中一個(gè)輸出端和公共連接端間
[0015] 上述磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器包括并聯(lián)的磁控電抗器和三次單調(diào)諧濾波支路，兩個(gè)磁 控靜止無(wú)功補(bǔ)償器分別連接V/V牽引變壓器副邊的負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂。
[0016] 二、采用上述同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，包括：通過(guò)控制磁 控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的輸出容量，使得混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器H橋變流器基波的輸出電壓向量 和輸出電流向量共線，這樣混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器基波功率僅為負(fù)荷電流基波有功功率的一 半。
[0017] 與負(fù)荷牽引供電臂相連的磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的參考指令電流為：
[0018]
【權(quán)利要求】
1. 一種同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于： 包括混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器和V/V牽引變壓器； V/V牽引變壓器由兩個(gè)單相變壓器接成V/V型，其原邊連接三相公共電網(wǎng)，其副邊兩個(gè) 輸出端分別為負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂； 混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)共用直流側(cè)的H橋變流器，第一H橋變流器的輸出端串 聯(lián)LC支路后通過(guò)降壓變壓器并聯(lián)負(fù)荷牽引供電臂，第二H橋變流器的輸出端串聯(lián)電感支路 后通過(guò)降壓變壓器并聯(lián)非負(fù)荷牽引供電臂； 兩個(gè)磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器分別連接負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂； 負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂根據(jù)相序關(guān)系確定： 若V/V牽引變壓器公共連接端連接c相，則ac側(cè)和be側(cè)的牽引供電臂分別為負(fù)荷牽 引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂；若V/V牽引變壓器公共連接端連接b相，則be側(cè)和ab側(cè)分 別為負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂；若V/V牽引變壓器公共連接端連接a相，則ab 側(cè)和ca側(cè)分別為負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷牽引供電臂。
2. 如權(quán)利要求1所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于： 所述的磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器由并聯(lián)的磁控電抗器和三次單調(diào)諧濾波支路構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于： 與第一H橋變流器的輸出端串聯(lián)的LC支路為五次諧波諧振支路。
4. 一種同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償方法，其特征在于，包括： 提取負(fù)荷電流基波的有功分量和無(wú)功分量； 根據(jù)
獲得與負(fù)荷牽引供電臂相連的磁控 靜止無(wú)功補(bǔ)償器的參考指令電流根據(jù)
獲得與非 負(fù)荷牽引供電臂相連的磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的參考指令電流，基于參考指令電流4^ 和/_跟蹤調(diào)整磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的輸出電流； 根據(jù)
獲得第一H橋變流器的理想?yún)⒖贾噶铍娏鞲? 據(jù)
獲得第二H橋變流器的理想?yún)⒖贾噶铍娏?f(f)，在理想?yún)⒖贾噶? 電流和上疊加根據(jù)混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中直流電壓控制信號(hào)得到的有功電流 分量，得到第一H橋變流器和第二H橋變流器的實(shí)際參考指令電流n)和df)，基于實(shí) 際參考指令電流/廣W和d?)跟蹤調(diào)整混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的輸出電流； 上述，IUp為負(fù)荷電流基波有功分量，IUq為負(fù)荷電流基波無(wú)功分量；\為負(fù)荷牽引供電 臂側(cè)電網(wǎng)電壓，\為第一H橋變流器輸出端串聯(lián)的LC支路的阻抗值；Vk為非負(fù)荷牽引供電 臂側(cè)電網(wǎng)電壓，Xk為第二H橋變流器輸出端串聯(lián)的電感支路的阻抗；
分別為 負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷供電臂上電流的期望瞬時(shí)值；ilm(t)和i2m(t)分別為與負(fù)荷牽引 供電臂和與非負(fù)荷牽引供電臂相連的磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的實(shí)際輸出電流；ijt)為實(shí)際 負(fù)荷電流。
5. 如權(quán)利要求4所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償方法，其特征在于： 所述的提取負(fù)荷電流基波的有功分量和無(wú)功分量采用鑒相檢測(cè)法提取。
6. 如權(quán)利要求4所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償方法，其特征在于： 所述的基于參考指令電流
跟蹤調(diào)整磁控靜止無(wú)功補(bǔ)償器的輸出電流采用PI 控制實(shí)現(xiàn)。
7. 如權(quán)利要求4所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償方法，其特征在于： 所述的基于實(shí)際參考指令電流
.跟蹤調(diào)整混合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的輸出電 流采用滯環(huán)電流跟蹤控制實(shí)現(xiàn)。
8. 如權(quán)利要求4所述的同相供電系統(tǒng)電能質(zhì)量混合補(bǔ)償方法，其特征在于： 所述的負(fù)荷牽引供電臂和非負(fù)荷供電臂上電流的期望瞬時(shí)值
采用如下 方式計(jì)算獲得：
其中，IUP為負(fù)荷電流基波有功分量，《為工頻角頻率，t表示時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104410073SQ201410748403
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】陳柏超, 張晨萌, 袁佳歆, 田翠華, 曾雯珺, 雷洋 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)