[发明专利]一种电气化铁路电能治理调节装置的并网锁相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网锁相方法，尤其是涉及一种电气化铁路电能治理调节装置的并网锁相方法。

背景技术

电气化铁路牵引供电网的供电可靠和安全性是电力机车安全、可靠、经济运行的重要保障。而电力机车作为一种特殊的电力负荷，其釆用单相供方式，在未采取补偿措施时不可避免地向上级电力系统注入负序电流；由于电力机车负荷为整流驱动和具有随机性，同时带来了无功、谐波、电压波动等电能质量问题，严重恶化了牵引供电网及其上级电力系统的电能质量，尤其是不平衡及谐波问题。

为了解决电气化铁路牵引变的不平衡及谐波问题，目前的趋势是采用电气化铁路电能治理调节装置(RPC)，但是这种装置必须能够有效的实现并网，且能够适应电气化铁路负荷不平衡、谐波含量大的环境。传统的硬件锁相由于受到电网环境影响，会出现多个并网过零点，导致并网失败。而采用单同步坐标系下软件锁相环又只适用于三相对称电网，基于双同步坐标系的解耦软件锁相环虽然能够适应不平衡电网，但其在谐波含量高的电网环境下，其锁相准确率非常低，也容易出现锁相并网失败。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电气化铁路电能治理调节装置的并网锁相方法，它是基于双同步坐标系解耦的软件锁相环，通过两个坐标系转换以及解耦提取基波的正序分量，从而实现锁相的目的，不受电网不平衡和谐波等环境因数影响，适应范围更广，准确率更高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电气化铁路电能治理调节装置的并网锁相方法，该方法包括下列步骤：

(1)对电网电压的三相交流分量进行电网电压不平衡变形，对经变形后的电网电压进行Clark变换，将电网电压映射到αβ静止坐标系中，得到V_αβ；

(2)分别利用二阶广义积分器SOGI模块对V_αβ在α和β轴上的分量v_α和v_β进行90°移相，计算正序分量；

(3)用提取到的正序分量替代为电网电压，通过单同步坐标系软件锁相环实现对电网电压的锁相功能。

所述的二阶广义积分器SOGI模块通过构建基于内模原理的自适应滤波器来实现输入电压的90°移相。

所述的二阶广义积分器SOGI模块中s域的传递函数为：

或

其中，k为传递函数增益，ω为谐振频率。

所述的步骤(2)中，提取正序分量的计算公式为：

式中，表示对变量进行滞后90°移相。

所述的步骤(3)中，对提取到的正序分量进行dq变换后替代为电网电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明首先提取电网电压的正序分量，基于该正序分量进行锁相处理，，不受电网不平衡和谐波等环境因数影响，适应范围更广，准确率更高；

二、采用改进型的基于二阶广义积分器(SOGI)的90°相角偏移方案，不仅实现了输入信号的90°相角偏，而且有效滤除了谐波分量，避免了谐波分量导致的锁定相角不断振荡，实现了电网电压不平衡条件下的锁相；

三、折中考虑了滤波效果和响应速度来确定SOGI模块的传递函数增益，通过牺牲低频段的滤波能力保障了整体滤波效果；

四、将锁相环的输出频率作为滤波器的谐振点，保证电网的基波分量可以无衰减的提取，同时不影响滤波器对其它谐波分量的滤波能力，实现了频率的自适应能力。

附图说明

图1为电气化铁路电能质量综合治理装置简化原理图；

图2为负序补偿矢量原理图；

图3为电网电压各矢量分布及坐标关系图；

图4为DDSRF-SPLL双同步坐标系示意图；

图5为解耦框图，其中，(5a)为正序解耦框图，(5b)为负序解耦框图；

图6为LPF伯德图；

图7为LPF阶跃响应图；

图8为DSOGI-SPLL控制结构框图；

图9为D(s)传递函数bode图；

图10为Q(s)传递函数bode图；

图11为谐波电网SSRF-SPLL与DDSRF-SPLL锁相结果；

图12为谐波电网下DSOGI-SPLL锁相结果。

具体实施方式