[发明专利]V/v型铁路功率调节器的损耗优化无功补偿方法

说明书

本发明公开了一种V/v型铁路功率调节器的损耗优化无功补偿方法，针对采用V/v型变压器的铁路功率调节器，在对电力牵引供电系统进行无功补偿时，通过采用优化的补偿策略，使功率调节器的运行损耗达到最低，达到提高功率调节器运行效率的目的。该方法与传统补偿策略相比，具有最小的功率损耗，并在保证最低损耗的前提下合理设计功率调节器的子模块电容，对电气化铁路供电系统的补偿装置的实际工程应用具有重要的指导价值。

技术领域

本发明涉及铁路功率调节器，特别是一种V/v型铁路功率调节器的损耗优化无功补偿方法。

背景技术

随着新型动力交通技术的出现，特别是我国电气化铁路，近几年发展迅速，但同时，电气化铁路的供电方式和交流电力机车组的负载特性，导致牵引电力系统出现电压闪变、负序谐波等电能质量问题，降低电力系统的供电质量。针对高速铁路供电系统的电能质量治理问题，除了优化供电系统外，为系统装设补偿装置可有效改善电能质量问题。由于传统的补偿装置容量受限，因而提出了铁路功率调节器(railway power conditioner，RPC)的新概念，RPC实现有功转移、无功补偿和谐波抑制等功能，牵引变压器一般采用Scott型和V/v型，为进一步提高RPC应用的电压和功率等级，通常采用并联型或多电平型的RPC结构，多电平型结构包括双星型半桥(double star chopper cells，DSCC)和双星型全桥(doublestar bridge cells，DSBC)。当RPC运行于无功补偿工况时，区别于Scott型RPC，由于V/v型RPC的输入输出电压和电流的初相位相差60°，当V/v型DSBC-RPC输出无功功率时，RPC内部会衍生出直流有功功率分量，致使各链节电容电压发散，导致链接组间子模块电容电压的不平衡，为抑制组间电压发散，需向各链节注入抵消不平衡现象的直流功率，通过注入环流电压和电流实现。当向RPC链节中注入环流时，链节电流的有效值会增大，RPC的运行功率损耗亦会增大，传统方法通常注入直流环流和直流电压，但直流环流经PWM调制后会在链节电容上激发出基频电压波动，由于电容电压波动与频率成反比，因而该方法在一定程度上增加了电容体积和制造成本，不利用工程实践的应用。当RPC中只注入高频交流环流时，虽然降低了电容电压的基频波动分量，但注入的交流环流幅值是直流环流的2倍，对于降低功率损耗方面是不利的，因而，兼顾RPC运行损耗和装置设计的无功功率控制问题亟待解决。目前，国内对于无功补偿工况下RPC装置的功率损耗优化和链节电容体积的优化设计等方面的研究较少。

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V/v型铁路功率调节器的损耗优化无功补偿方法，降低链节电容的基频电压波动，减小电容体积。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种V/v型铁路功率调节器的损耗优化无功补偿策略，包括以下步骤：

1)功率调节器的拓扑由四个链接构成，每个链节由N个全桥子模块级联组成，

当功率调节器对铁路牵引供电系统进行无功补偿时，以第i个链节(以下简称“链节i”)为例，计算链节i的瞬时功率中的直流分量，

表达式为：

式中，p_dci为链节i的直流功率分量，u_i和i_i分别为链节电压和链节电流。同时向功率调节器中注入直流环流和交流环流、直流电压和交流电压，产生的直流功率满足：

p_dci＝U_z(dc)I_z(dc)+0.5U_z(ac)I_z(ac)；