[发明专利]电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统的控制方法。

背景技术

电气化高速铁路的建设，将为国民经济发展提供安全可靠、高速度、大容量运力保障，是进一步缓解铁路运力紧张、提高运输服务品牌和运输服务质量的重要举措。然而，高速铁路供电系统由于用单相供电方式和独特的电力机车负荷而使负序、谐波、电压波动和闪变等电能质量问题突显，严重影响高速铁路沿线供电系统的电能质量，给周边企业生产和用户生活带来恶劣影响，因此，迫切需要对高速铁路供电系统存在的负序、谐波、电压波动和闪变等电能质量问题进行集中治理。

目前国内外对电气化高速铁路供电系统产生的负序、谐波、电压波动和闪变等电能质量问题提出了多种补偿方案。铁路功率调节器RPC是其中一种比较典型的补偿方案。RPC是一种背靠背式的能实现功率双向流动的调节器，能够对负序、谐波及无功进行综合补偿，但由于RPC是有源装置，单独依靠RPC调节两供电臂有功功率，实现负序补偿，同时进行谐波治理和无功补偿，给大容量的RPC工程实现带来了一定困难，并且抬高了成本。此外，对于采用三相V/V结线牵引变压器作为牵引变压器的电气化高速铁路供电系统，采用RPC调节有功功率使两供电臂有功功率相等时，三相系统仍然有负序电流存在，不能完全补偿负序。另外，有采取静止无功发生器DSTATCOM安装于三相高压侧来补偿负序和谐波的补偿方案。由于三相侧电压等级高达110kV或220kV，DSTATCOM需设计为串联多重化结构，结构较为复杂，对电力电子器件的电压和电流等级要求较高，导致成本昂贵和技术实现难度较大。

电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统是一种新型的补偿结构，利用高通滤波器和电抗器改善负序和谐波补偿效果，与单独的RPC相比，在同样的电能质量指标下，可以降低该结构中RPC的容量。因此，电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统的控制方法属于一个新的技术问题。现有的控制方法无法调整RPC的容量，不适合电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统的控制。

发明内容

为了解决现有基于铁路功率调节器RPC的负序与谐波综合补偿系统的控制存在的上述问题，本发明提供一种电气化高速铁路负序与谐波综合补偿系统的控制方法。本发明可根据负序补偿指标确定RPC需要的转移的有功电流大小，根据高速铁路上行和下行电力机车运行工况采取相应的控制策略。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)对a相电压进行锁相环检测，产生与a相电压同步的单位余弦信号cos ωt和与b相电压同步的单位余弦信号cos(ωt-π3)，ω为基波角频率；

2)单位余弦信号cos ωt与a相负载电流I_aL相乘得到a相的瞬时有功电流，单位余弦信号cos(ωt-π/3)与b相负载电流I_bL相乘得到b相的瞬时有功电流，a相的瞬时有功电流和b相的瞬时有功电流相加得到两相的瞬时有功电流之和；

3)两相的瞬时有功电流之和经过低通滤波器得到其直流分量，其直流分量在数值上等于两相基波有功电流峰值的平均值；

4)经低通滤波得到的直流分量乘以一个系数K，得到两相基波有功电流峰值平均值的调整量，K值由负序补偿指标计算得到，取值在1～2之间，与RPC转移的有功电流大小成线性关系；

5)两相基波有功电流峰值平均值的调整量分别与单位余弦信号cos ωt和cos(ωt-π/3)相乘得到两相电流的平均基波有功电流交流量；

6)再将a相负载电流I_aL减去a相电流的平均基波有功电流交流量，b相负载电流I_bL减去b相电流的平均基波有功电流交流量，即得到a、b相负序谐波综合补偿电流参考量值I_ar和I_br；

7)对铁路功率调节器RPC中连接至有机车运行的供电臂侧变流器x进行电流控制，将变流器x所在相负序谐波综合补偿电流参考量值乘以铁路功率调节器RPC中降压变压器的变比K_t，得到铁路功率调节器RPC变流器输出的电流参考值，此电流参考值与被控变流器实际输出电流的比较误差被送到滞环比较器产生变流器x开关器件的触发脉冲，使变流器输出电流跟踪补偿电流；