[发明专利]基于谐波功率调节的高铁车网耦合系统低频振荡抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于谐波功率调节的高铁车网耦合系统低频振荡抑制方法，具体为：搭建单相级联H桥型多电平APF变换器仿真模型；将接入牵引网的所有机车视为负载，检测负载吸收的谐波电流，形成级联H桥型多电平APF变换器输出补偿电流的参考值；基于电流反馈支路以及电流环PI控制器，得到级联H桥型多电平APF变换器调制的载波信号，进而控制APF变换器输出相应的补偿电流；对级联H桥型多电平APF直流侧电压进行均衡控制；比较级联H桥型多电平APF接入牵引网前后车网耦合系统的低频稳定性。本发明可以实现对车侧阻抗动态特性的优化，其不受系统运行工况的限制，可以有效地抑制车网系统低频振荡，大幅度提高系统的低频稳定性。

技术领域

本发明属于高速铁路车网耦合系统的稳定性增强技术领域，具体涉及一种基于谐波功率调节的高铁车网耦合系统低频振荡抑制方法。

背景技术

随着我国高速铁路的迅猛发展，“交-直-交”型动车组以及大功率电力机车高密度投入使用。电力电子器件在牵引供电系统中的渗透率越来越高，使其成为一个典型的单相电力电子化的电力系统。到目前为止，列车与牵引网间复杂的电气耦合关系引发了一系列车网稳定性问题，如低频振荡、谐波不稳定以及谐波谐振。车网低频振荡现象通常发生在多车升弓整备阶段，其伴随着电压/电流大幅度的波动，会导致大量的机车牵引封锁无法正常运行，严重威胁铁路系统的安全稳定运行。

目前，国内外很多学者针对车网系统低频稳定性问题开展了相关研究，包括牵引网和机车的数学建模、车网耦合系统低频不稳定产生机理以及低频振荡抑制措施与机理研究。Y.Liao等提出低频振荡是由于牵引网和列车阻抗不匹配导致的。Z.Geng等通过优化列车控制参数或列车控制策略有效地抑制了低频振荡现象。然而，牵引供电系统中存在大量带有不同控制器的不同型号的列车，一种改进的控制策略难以广泛应用于不同类型的列车以及不同的运行工况。

发明内容

这对上述问题，本发明提供一种基于谐波功率调节的高铁车网耦合系统低频振荡抑制方法。

本发明的一种基于谐波功率调节的高铁车网耦合系统低频振荡抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建单相级联H桥型多电平APF变换器仿真模型，其中每个子模块是一个单相全桥变流器。

步骤2：将接入牵引网的所有机车视为负载，检测负载吸收的谐波电流，进而形成级联H桥型多电平APF变换器输出补偿电流的参考值。

步骤3：基于电流反馈支路以及电流环PI控制器，得到级联H桥型多电平APF变换器调制的载波信号，进而控制APF变换器输出相应的补偿电流。

步骤4：对级联H桥型多电平APF直流侧电压进行均衡控制。

步骤5：比较级联H桥型多电平APF接入牵引网前后车网耦合系统的低频稳定性。

进一步的，步骤2具体为：

设负载电流i_c为α轴分量，其表达式如下：

其中，n为负载电流中的谐波次数，ω为基频角频率，I_cn和θ_n为第n次电流的有效值以及初相位角。

将负载电流i_c作为SOGI控制器的输入，构造负载电流的β轴分量；SOGI输出的电流i'_cα和i'_cβ在s域的表达式如下：

其中，k_iS为SOGI的比例增益系数，H_u视为SOGI的传递函数；i_cβ中的各次电流的相位分别滞后i_cα中各次电流相位90°。