[实用新型]一种抑制磁浮牵引供电系统振荡的自适应阻抗适配器

说明书

本实用新型提供了一种抑制磁浮牵引供电系统振荡的自适应阻抗适配器，包括求和单元、倍率单元、偏差计算单元、补偿电流计算单元和限幅单元；求和单元用于采集两路逆变系统实际电流信号，并对两路实际电流信号进行求和；倍率单元用于计算两路逆变系统实际电流信号的平均电流；偏差计算单元用于计算两路逆变系统实际电流与平均电流的偏差分量；补偿计算单元用于提取每个偏差分量的纹波分量，并将纹波分量乘以权重系数得到调节量；限幅单元用于对调节量进行限幅处理后输出给磁悬浮牵引供电系统控制器的电流控制内环输入端。该适配器不依赖于谐振频率预估和检测，具有普适性和灵活性，可批量化运用在高速磁悬浮牵引供电系统中。

技术领域

本实用新型涉及电力电子系统运行控制技术领域，尤其涉及一种用于提升高速磁悬浮列车牵引供电系统稳定性、优化系统阻抗特性的自适应阻抗适配器。

背景技术

与常规的工频电力系统和高速轮轨铁路供电系统有所不同，高速磁悬浮列车牵引供电系统有着分段供电、电力电子化程度高、变频输出的技术特征。相比而言，高速磁悬浮列车牵引供电系统有着更为恶劣的阻抗特性。随着供电定子段的切换，高速磁悬浮列车牵引供电系统易于在多频段诱发电压振荡失稳。

为了抑制系统的电压振荡失稳，需要在高速磁悬浮列车牵引系统中进行阻抗适配。在现有的技术方案中，系统的阻抗适配实现方式可以分为两类，一类是基于硬件滤波的阻抗适配器；另一类是集成于逆变电源控制器内部的软件滤波阻抗适配器，此类软件阻抗适配器通常为基于软件滤波的校正控制器。

基于硬件滤波器的磁悬浮牵引供电系统阻抗适配器以日本山梨磁浮试验线为技术代表。在此类方案中，需要在牵引变流器的输出端并入多个LC滤波器支路构成的限波器，利用LC滤波器的陷波特性分别对供电网中的各谐振频率进行重塑，从而起到牵引供电系统阻抗适配的作用。

基于软件滤波的供电系统阻抗适配器方案已见诸于高速轮轨铁路、交直流混合供电系统等类似的应用场景。此类方案将软件滤波器引入牵引供电系统的控制器中，通过削弱供电装置对系统谐振特性的响应能力等效地提升了系统的阻抗匹配度，起到了阻抗适配的作用，从而提升了整个牵引供电系统的稳定性。该方法在高速磁悬浮牵引供电系统领域已经存在一定数量的研究文献，但是目前为，在工程中实际应用仍存在一定的困难。

基于软件带通滤波器的供电系统阻抗适配器方案将供电线路的电流进行采样后送入带通滤波器，通过带通滤波器对特定频率的振荡电流进行筛选。振荡电流值经过一定的比例系数衰减后作为二次调节指令被引入电流负反馈控制环路中，通过供电系统控制器的电流闭环控制作用操纵供电设备对震荡电流进行抑制。带通滤波器的传递函数及参数需要通过预先研究、确定系统振荡特性后再进行设计。

现有的供电系统阻抗适配器均基于“滤波”原理对网络阻抗特性加以优化，仅适于特定振荡频率抑制、仅能够进行定制化开发是现有阻抗适配器的普遍性缺陷。当应用于大规模牵引供电系统时，由于适配器的应用场景不具备普适性，其无法标准化、批量化生产设计的缺点成为了制约其大规模应用的主要因素。

对于基于硬件滤波的供电系统阻抗适配器而言，其在高压、大功率的长线高速磁悬浮牵引系统中的使用存在明显不足。首先，高速磁悬浮牵引供电系统的电压等级和功率等级较高，为了保证系统的工作性能，需要配置耐压等级和通流能力较强的硬件滤波设备，增加了系统的建造成本。其次，对于长线路高速磁悬浮牵引系统而言，由于系统采用分段供电的制式，每一个供电区段的线路参数不可避免的存在较大差异，所以系统在不同区段的谐振特性存在着较大的区别。这将导致牵引供电系统滤波器无法进行规格化、批量化的设计与生产。最后，硬件滤波器的设计受到滤波电容器标称型号参数的限制，滤波器难以在全频带连续平滑地调节谐振点频率并保证品质因数的一致性。