[发明专利]一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置及控制策略

权利要求书

1.一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置，包括级联H桥型变流器CHC、电抗器L以及测控装置MCD；其特征在于：级联H桥型变流器CHC经电抗器L与牵引变电所TS二次侧的接触线T上任意位置相连；测控装置MCD的测量端分别与级联H桥型变流器CHC的直流侧电容的电压端、牵引网电压端和级联H桥型变流器CHC的交流侧电流端相连，测控装置MCD测量到的电压、电流信号送入控制器CD中，控制器CD的输出信号接入级联H桥型变流器CHC，用来对由于电力机车EL产生的谐波电流引起的牵引网谐振过电压进行实时控制；所述级联H桥型变流器CHC包括n个单相H桥型变流器HC构成，n的大小由绝缘栅双极型晶体管的电压等级和电气化铁路牵引供电系统的供电方式决定，每一个H桥为一个单元，单元之间进行级联，从而实现高电压和多电平输出。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置，其特征在于：所述的谐振阻抗重塑装置适用于直接供电方式、AT供电方式或任意供电方式下的电气化铁路。

3.一种基于权利要求1所述的电气化铁路谐振阻抗重塑装置的控制策略，其特征在于：通过谐振阻抗重塑装置形成虚拟电阻并联在牵引网上，以改变电气化铁路既有谐振频率下的阻抗；并利用测控装置MCD对牵引网电压和级联H桥型变流器CHC的交流侧电流信号进行采集，通过分层控制策略使得电气化铁路避免谐振过电压事故的发生，其中控制策略包括三层控制模式，第一层控制模式为全局直流电压控制，第二层控制模式为牵引网谐波电压控制，第三层控制模式为直流电压均衡控制；所述的第一层全局直流电压控制是将各个单元的直流侧电容的电压求均值后与直流侧电容的电压参考值作差，经比例积分控制器调节后与牵引网电压的单位正弦量相乘获得级联H桥型变流器CHC交流侧有功电流的参考值。

4.根据权利要求3所述的一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置的控制策略，其特征在于：所述的第二层牵引网谐波电压控制的过程为：首先将采集到的牵引网电压进行快速傅里叶变换，将牵引网电压分解为h₁-h₂次的谐波信号，并将各次谐波信号的幅值送入判断模块获取谐振电压信号的幅值，再经过快速傅里叶逆变换形成牵引网谐振电压，除以虚拟电阻得到的结果作为级联H桥型变流器CHC交流侧谐振电流参考值，将级联H桥型变流器CHC交流侧有功电流的参考值与级联H桥型变流器CHC交流侧谐振电流参考值作差得到级联H桥型变流器CHC的交流侧电流参考值，最后将级联H桥型变流器CHC的交流侧电流参考值与采集得到的级联H桥型变流器CHC的交流侧电流的差值送入比例积分控制器得到级联H桥型变流器CHC的原调制波。

5.根据权利要求3所述的一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置的控制策略，其特征在于：所述的第二层牵引网谐波电压控制过程中涉及的判断模块获取谐振电压信号的幅值的具体步骤为：判断各次谐波电压幅值是否大于等于谐波电压设定值，若是，则输出对应谐波电压幅值；若否，则输出0；所述谐波电压设定值需根据牵引网谐波电压阈值进行确定。

6.根据权利要求3所述的一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置的控制策略，其特征在于：所述的第二层牵引网谐波电压控制过程中涉及的虚拟电阻采用自适应形式，首先计算判断模块输出的各次谐振电压分量的均方根，将均方根与谐波电压设定值作差后送入比例积分控制器，最后经过限幅函数得到虚拟电阻的倒数，其中，将虚拟电阻的倒数限制在范围[y₁，y₂]以内，y₁、y₂的值根据电气化铁路牵引供电系统的供电电压和级联H桥型变流器CHC的容量进行确定。

7.根据权利要求3所述的一种电气化铁路谐振阻抗重塑装置的控制策略，其特征在于：所述的第三层直流电压均衡控制采用调制波重构的形式，将级联H桥型变流器CHC的交流侧电流与它的幅值相除作为调节信号，将直流侧电压均值分别与第1至第n-1单元的直流侧电压作差后送入比例积分控制器，将比例积分控制器的输出与调节信号相乘后的结果作为第1至第n-1单元的调制波微调量，然后取前n-1个单元的调制波微调量之和的相反数作为第n个单元的调制波微调量，最后将第二层牵引网谐波电压控制得到的原调制波分别与各个单元的调制波微调量叠加，作为每个单元的新调制波送入脉冲宽度调制模块PWM。