[发明专利]一种新型的电气化铁路电能质量治理系统及方法

权利要求书

1.一种新型的电气化铁路电能质量治理系统，其特征在于，包括带滤波绕组的带滤波绕组的牵引变压器、感应滤波电路、MMC补偿系统、MMC控制器、电压和电流测量装置；

所述带滤波绕组的牵引变压器包括高压侧、牵引侧及低压补偿侧，所述带滤波绕组的牵引变压器的高压侧与电网相连，牵引变压器的牵引侧与电网牵引臂相连，牵引变压器的低压补偿侧与MMC补偿系统连接；

所述MMC补偿系统包括两个单相MMC牵引臂组，两个感应滤波电路和两个直流侧电容组；所述感应滤波电路与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，所述单相MMC牵引臂组的一端与带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧相连，另一端与直流侧电容组相连；

每个单相MMC牵引臂组至少包括1个MMC牵引臂单元，每个MMC牵引臂单元至少包括两个并联的MMC牵引臂模块，每个MMC牵引臂模块由串联的电抗器和MMC牵引臂组成；

所述电抗器与所述带滤波绕组的牵引变压器的低压补偿侧侧相连，所述MMC牵引臂与直流侧电容组中的电容相连后接地；

所述电压和电流测量装置与所述带滤波绕组的牵引变压器的牵引侧和MMC牵引臂相连，且所述电压和电流测量装置与所述MMC控制器相连；

所述MMC补偿系统受控于所述MMC控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MMC牵引臂包括N个串联的SM模块，N为大于或等于1的整数。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述感应滤波电路至少包括三组并联的LC滤波电路或LCL滤波电路。

4.一种新型的电气化铁路电能质量治理系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的一种新型的电气化铁路电能质量治理系统，进行电能质量控制，包括以下几个步骤：

步骤1：利用电压和电流测量装置获取带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的电压和电流，并计算带滤波绕组的牵引变压器牵引侧瞬时的等效有功电导G_p(t)；

步骤2：去除步骤1获得的带滤波绕组的牵引变压器牵引侧瞬时的等效有功电导的高频分量，得到带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的等效有功线性电导G_p；

步骤3：利用MMC控制器通过PI环节对直流侧电容电压进行控制，使直流侧电容电压保持在直流侧额定电压的±5％以内，并将PI环节的输出值与步骤2得到的带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的等效有功线性电导叠加，更新G_p；

步骤4：利用步骤3更新的G_p按照以下公式计算带滤波绕组的牵引变压器低压补偿侧所需的补偿电流i^*：

i*=ixiy=K2K1Gpsin(ωt+π/6)-iaGpsin(ωt-π/2)-ib]]>

其中，i_x和i_y分别为带滤波绕组的牵引变压器低压补偿侧的电流，I_an和I_bn分别为电网牵引臂a和电网牵引臂b的电流有效值，和分别为电网牵引臂a和电网牵引臂b电流的相位，n表示电流中谐波的次数，n＝1，2，3…，带滤波绕组的牵引变压器高压侧与牵引侧的变比为K₁，高压侧与低压补偿侧的变比为K₂；ω＝2πf，表示基波电流的角频率，f＝50Hz；

步骤5：将步骤4获得的补偿电流i^*通过PI控制器进行调节，然后再通过载波移相SPWM技术，将该电流信号转化为PWM开关信号，输出至MMC补偿系统，控制MMC补偿系统中的SM模块的开关通断，使得MMC补偿系统输出指定大小和相位的波形，最终使得利用带滤波绕组的牵引变压器低压补偿侧对电网进行补偿；

所述基于步骤4获得的补偿电流i^*利用PI控制器调节MMC牵引臂过程中，满足以下两个条件：

1)I′_b的有效值与I′_a的有效值两者的差值不超过I′_a的5％；

2)I′_b的相位比I′_a落后120度；

其中，I′_a＝I_a+I′_x，I′_b＝I_b+I′_y；I_a、I_b分别为包含谐波后的带滤波绕组的牵引变压器牵引侧的电流；I_x、I_y分别为MMC补偿系统输出的实际补偿电流。