[发明专利]一种MMC式铁路牵引功率调节器的单相模型预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路牵引系统的电能质量治理领域,特别是一种一种MMC式铁路牵引功率调节器的单相模型预测控制方法。

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同步发生器(Static synchronous Compensator,STATCOM)对牵引系统的无功和谐波动态补偿，但是STATCOM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。

由于铁路机车负载是重性负载，容量大，所以补偿装置的容量需求也大。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MMC式铁路牵引功率调节器的单相模型预测控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种MMC式铁路牵引功率调节器的单相模型预测控制方法，MMC式铁路牵引功率调节器包括连接成四个边，四个边连接成四边形；每个边包括一个H桥链和一个与该H桥链连接的滤波电感；H桥链包括多个串联的H桥单元；四边形的四个交点按对角线分成两组，两组交点分别各与一个牵引供电臂连接，该方法包括：

1)检测两个牵引供电臂的供电电压u_a和u_b，然后通过锁相环环节获取其电压同步信号sy_a和sy_b；

2)检测两个牵引供电臂的负载电流i_La和i_Lb，然后分别乘以同步参考信号sy_a和sy_b，通过低通滤波器滤除同步参考信号sy_a和sy_b的交流成分，获得两个牵引供电臂负载电流有功幅值的一半I_Lap，I_Lbp；I_Lap和I_Lbp相加之后分别乘以同步参考信号sy_a和sy_b，得到两牵引供电臂的稳态期望电流I_Lap*sy_a和I_Lbp*sy_b；

3)将检测得到的负载电流i_La减去I_Lap*sy_a，将检测得到的负载电流i_Lb减去I_Lbp*sy_b，求得铁路牵引功率调节器的两相输出电流的指令信号和

4)检测每相链节的直流侧电压的总和：