[发明专利]一种V/v牵引供电系统负序电流的控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种V/v牵引供电系统负序电流的控制系统及方法，系统包括第一供电臂、第二供电臂、第一降压变压器、第二降压变压器和铁路功率调节器，铁路功率调节器包括两个交流回路、两个变流器和直流回路，方法包括检测两供电臂负荷电流的瞬时值；利用单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位和有效值；进而得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，从而得到两变流器的参考指令电流；根据参考指令电流通过无源策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。本发明将RPC的数学模型转化为哈密顿模型，提出了一种较为简便的基于PCHD模型的无源控制策略，具有鲁棒性好，响应速度快，设计简单等优点。

技术领域

本发明属于电能质量治理技术领域，更具体地，涉及一种V/v牵引供电系统负序电流的控制系统及方法。

背景技术

随着现代电力电子和自动控制技术的快速发展，其在铁路行业中的使用日益广泛，这为现代铁路系统的发展注入了巨大的活力，但与此同时也对牵引供电系统提出了挑战。牵引变压器的接线方式和电力机车的供电驱动方式，均会对牵引供电系统造成某种程度的污染，这种污染对于公用电网和电力机车的安全、稳定、高效、经济运行与控制带来了不可忽视的消极影响。在电气化铁路三相电网的系统阻抗作用下，电网中的负序电流会引起负序电压，造成三相电网侧电压的不平衡，一般用电压不平衡度来评价其负序含量。我国电气化铁路的负序问题主要体现在一些电网系统比较薄弱的地区，随着大功率电力机车的不断普及，负序问题将成为电能质量问题的一个重要方面，负序电流主要有增大同步电机损耗、降低变压器利用率、导致继保装置误动作等危害。根据所用牵引变压器的不同形成各种类型的牵引供电系统，V/v牵引供电系统采用V/v牵引变压器，该牵引变压器原边接成“V”字型，中间端点连接到轨道，另外两个端点分别连接到A、 B两相上，变压器的副边也接成“V”字型，中间端点连接到轨道，另外两个端点分别连接到相邻两个供电臂上。三相V/v变压器以其结构简单、容量利用率高的优点为中国铁路牵引供电系统采用，但三相V/v变压器为不平衡变压器，当三相V/v变压器二次侧的两供电臂有功功率相等时，在三相电流侧仍存在50％的负序电流。因此，采用三相V/v变压器的电气化铁路供电系统的负序治理方法值得深入研究。

中国杂志《中国电机工程学报》2011年第31卷第7期名称为“牵引变电所电能质量混合动态治理技术”针对V/V牵引变压器公开了一种由多级大容量的晶闸管投切电容器和一台小容量静止无功发生器构成的低成本混合动态补偿系统。晶闸管投切电容器根据负载对无功功率进行分级补偿，静止无功发生器对晶闸管投切电容器补偿差进行补偿，并通过对两臂无功功率进行优化控制以减少负序电流。文章所提系统无法完全补偿负序电流，并且晶闸管投切电容器的切换影响控制效果。中国杂志《吉首大学学报》 2017年第38卷第2期名称为“静止坐标系下铁路功率调节器电流谐振控制”设计了基于V/v牵引变压器的铁路功率调节器准比例谐振(QPR)控制器，所提控制策略可以对负序电流进行完全补偿，但该控制策略的响应速度慢，动态性能不足。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种治理V/v牵引供电系统负序的控制方法，由此解决现有技术存在V/v牵引供电系统对公用电网造成负序污染等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种V/v牵引供电系统负序电流的控制系统，包括第一供电臂、第二供电臂、第一降压变压器、第二降压变压器和铁路功率调节器，铁路功率调节器分别通过第一降压变压器和第二降压变压器并联在第一供电臂和第二供电臂之间；

铁路功率调节器包括两个交流回路、两个变流器和直流回路，第一交流回路由第一电阻和第一电感串联组成，第二交流回路由第二电阻和第二电感串联组成，第一变流器和第二变流器均为单相电压源变流器，其共有两个桥臂，每个桥臂均由两组可关断器件及其相应的反并联续流二极管构成，直流回路由直流侧电容构成，第一变流器和第二变流器共用同一直流回路。

按照本发明的另一方面，提供了一种V/v牵引供电系统负序电流的控制方法，包括：