[发明专利]一种MMCC式直接铁路功率补偿器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路牵引系统的电能质量治理领域,特别是一种MMCC式直接铁路功率补偿器及其控制方法。

背景技术

高速电气化铁路作为当代高新技术的集成，具有运能大、能耗低、污染小、安全舒适等优势，是可持续性和环境友好性的运输模式，是国家创新能力、综合国力以及国家现代化程度的重要标志之一。然而，高速电气化铁路由于其独特的供电方式和机车负载特性，给电力系统带来了负序、谐波、电压波动和闪变等电能质量问题，降低了电力系统的供电质量，影响邻近电网安全稳定运行。近年来，随着高速铁路供电系统的进一步发展和壮大，由此带来的负序和无功等电能质量问题已越来越严重，必须采取有效的治理措施，来实现铁路牵引供电系统高质、安全和经济供电。

为了治理铁路供电系统的负序、无功等电能质量问题，国内外有多种的电能质量补偿方案被提出和应用。有文献采用斯科特(SCOTT)变压器、阻抗匹配变压器等平衡变压器结构来减小负序电流平衡三相电流。在传统的电力机车线路上，由于其功率因数较低，有文献采用安装无源滤波器，无源部分容易与电网阻抗产生串并联谐振。有文献采用TCR型静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）对牵引变电所的无功进行动态补偿，但是产生谐波电流。有文献提出了基于磁控电抗器的静止型动态无功补偿器，无谐波污染，但是动态补偿能力有限。为了抑制电力机车和静止无功补偿器产生的谐波电流，有文献采用混合型有源滤波器对谐波电流进行动态补偿，无源和有源混合在一起，结构复杂，可靠性不高。有文献提出采用全控型静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)对牵引系统的无功和谐波动态补偿，但是SVG是安装在三相高压侧，结构复杂，功率器件多，成本昂贵。考虑到铁路供电系统的结构特点，日本学者提出了铁路功率调节器(Railway static Power Conditioner，RPC)，利用背靠背的2个功率变流器安装在供电系统的两供电臂上，两者可以联合进行有功、无功及谐波控制，能实现对负序和无功综合补偿。传统铁路功率调节器的拓扑结构如图1所示。为了提高功率补偿装置容量，有学者提出采用多模块并联形式组成一种多重化的铁路功率调节器，单个背靠背功率模块单元各个变流器（H桥）的交流侧通过降压分裂变压器的副边分裂绕组并联，直流侧电容相互独立，通过载波移相实现多重化。该种结构需要两个降压分裂变压器，容量与补偿容量相当的，从而导致装置的成本高，体积大笨重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种可以直接进行功率的双向变换和流动的MMCC式直接铁路功率补偿器及确保MMCC式直接铁路功率补偿器能够实现有功转移和无功补偿的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种MMCC式直接铁路功率补偿器，包括四个功率补偿单元，所述功率补偿单元包括一个H桥链和一个与所述H桥链连接的滤波电感；第一功率补偿单元的滤波电感与第二功率补偿单元的滤波电感连接；第三功率补偿单元的滤波电感与第四功率补偿单元的滤波电感连接；第一功率补偿单元的H桥链与第三功率补偿单元的H桥链连接；第二功率补偿单元的H桥链与第四功率补偿单元的H桥链连接；所述第一功率补偿单元与第二功率补偿单元的交点、第三功率补偿单元与第四功率补偿单元的交点接入牵引变压器的第一个牵引供电臂；所述第一功率补偿单元与第三功率补偿单元的交点、第二功率补偿单元与第四功率补偿单元的交点接入牵引变压器的第二个牵引供电臂；所述H桥链由多个H桥单元串联组成。

本发明还提供了上述MMCC式直接铁路功率补偿器的控制方法，该方法为：

1）检测MMCC式直接铁路功率补偿器中所有H桥单元的直流侧电压u_1x，u_2x，u_3x和u_4x，其中u_1x表示第一功率补偿单元的H桥链的第x个H桥单元的直流侧电压，其它依次类推；求取第一功率补偿单元的H桥链和第四功率补偿单元的H桥链的直流侧电压平均值u_av1、第二功率补偿单元的H桥链和第三功率补偿单元的H桥链的直流侧电压平均值u_av2以及所有H桥链的直流侧电压平均值u_av，如下所示：