[发明专利]磁悬浮列车电能质量控制补偿系统及控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮列车电能质量控制补偿系统及控制方法。

背景技术

高速磁浮列车在正常运行时，从电网吸收能量，而在制动过程中会产生巨大的能量。磁浮高速列车牵引供电系统中包含大量的大功率变换模块（大功率整流器、逆变器）和其他许多非线性元件（变压器等），在运行中根据列车车速不停地产生变频变压（VVVF）电流，可能会带来功率流动的不确定性和电能质量不达标，对电网造成冲击，对电网和列车的安全稳定运行带来一定影响。

传统的治理方式是采用并联调谐无源滤波器，其易受电网背景谐波的影响，与电网阻抗发生谐振，引起谐波放大，而且无源滤波器由于受到电容充放电的影响，响应速度有所延迟，治理效果不佳。

现在有一些电能质量治理技术，如SVG（静止无功发生器），DVR（动态电压恢复器）等，虽然有较快的响应速度，和动态治理能力，但是单位容量造价很高，限制了其进一步发展和推广。

发明内容

本发明提供的一种磁悬浮列车电能质量控制补偿系统及控制方法，实现对磁浮列车系统电能质量的治理，解决了传统无源滤波器易受电网背景谐波的影响的问题，大大改善了电能质量。

为了达到上述目的，本发明提供一种磁悬浮列车电能质量控制补偿系统，该补偿系统包含无源滤波器组，还包含通过变压器与所述无源滤波器组串联的有源电力滤波器，所述的变压器上还并联有旁路电感，该系统还包含与所述无源滤波器组和有源电力滤波器并联的高次无源滤波器。

所述的无源滤波器组包含若干并联的无源滤波器，所述的无源滤波器为低次滤波器。

所述的有源电力滤波器和变压器构成有源部分，无源滤波器组构成无源部分。

所述的有源电力滤波器包含电路连接的锁相环模块、微分器、电流校正模块、d-q变换模块、低通滤波器模块、PI调节模块、逆变器、绝缘栅双极型晶体管、预测模块。

将有源电力滤波器控制成反相谐波电流源，使基波无功电流主要流过电感，变压器和电感降低了有源电力滤波器的容量，有源电力滤波器与无源滤波器组一起滤除谐波，高次无源滤波器主要滤除有源电力滤波器和无源滤波器组无法滤除的高次谐波。

所述的补偿系统接入磁浮高速列车牵引供电系统中的20kV侧，减小了补偿点到公共连接点的距离，从而缩短了连接线的长度，能够进一步削弱线路对谐波和电压波动放大的放大作用，提高电能质量。

本发明还提供一种磁悬浮列车电能质量控制方法，该方法将将负荷等值为电流源，将补偿系统中的有源部分等值为电压源，                                               为系统阻抗，为有源部分至PCC节点（公共连接点）包括无源部分在内的阻抗，为负荷电流，为该系统接入处母线电压，母线是20kV的接线，为有源部分输出电压，为电源电压，是有源支路的电流，下标，h分别表示基波分量与谐波分量； 

                                           （1）

                                           （2）

若母线电压的基波分量全部降落在上，则，由（1）得到：

                                                   （3）

因为最终的治理效果是使的PCC节点处的，由（2）得到：

                                               （4）

有效滤除谐波时，；

此时，有源部分两端电压为：

                                       （5）

因此，有源部分上的电压仅为谐波电压，即有源部分是一个反向谐波电流源。

该控制方法包含以下步骤。

步骤1、锁相。

锁相环模块获得与系统中a相电压同相位的正弦和余弦信号。

步骤2、惯性微分。

结合了负荷电流检测与系统电流检测的方式，微分器从母线上引入系统反馈电流，将反馈电流的值与负荷电流的实测值相加。

步骤3、变换。

设三相电路各项电压和电流瞬时值分别为和，根据瞬时无功理论，得到两相瞬时电压和两相瞬时电流，d-q变换模块将它们变换到两相正交的坐标上，再变换到上，即有：