基于铁路功率调节器的高速铁路牵引供电 系统储能方案及控制策略

针对高速铁路牵引供电系统中大量再生制动能量不能得到有效利用的问题,提出一种基于铁路功率调节器(RPC)的牵引供电系统储能方案及其控制方法。首先,研究牵引供电系统储能方案的拓扑结构,分析四种典型工况下系统的能量传输特性;接着,分析RPC动态补偿电能质量的基本原理,并提出一种计及储能装置的RPC控制策略;然后,研究基于电流闭环的储能装置控制策略;最后,通过仿真算例证明本文所提出储能方案和RPC控制策略的正确性和可行性。结果表明,所采用的储能方案能有效回收利用高速铁路牵引供电系统产生的再生能量,所提出的RPC控制策略能更好地解决储能装置接入牵引供电系统后的负序和谐波电流补偿问题。     

采用V/v变压器的高速铁路牵引供电系统负序和谐波综合补偿方法

为解决高速铁路牵引供电系统中的负序、谐波电能质量问题,提出采用铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)进行负序和谐波电流综合治理。RPC包含共用直流侧电容的背靠背形式的两变流器,控制其功率能够实现负序补偿和谐波抑制。分析RPC的基本结构和补偿原理后,提出三相V/v变压器下负序和谐波补偿电流检测方法,为保证RPC直流侧电压稳定和实现负序和谐波补偿,提出RPC直流侧电压和两变流器电流控制策略。最后,进行仿真验证。仿真结果表明,在该文提出的负序和谐波检测方法及控制策略下,RPC具有良好的负序和谐波补偿性能。     

V/v牵引供电系统中铁路功率调节器的改进滑模控制策略

针对V/v牵引供电系统中存在的负序和谐波等电能质量问题,提出了一种能够对指令电流快速跟踪和精确补偿的铁路功率调节器控制策略。分析了SS6B型电力机车的工作原理,提出了一种适用于电能质量研究的电力机车建模方法,揭示了V/v牵引供电系统中负序和谐波的产生机理;通过研究铁路功率调节器的拓扑结构和补偿原理,建立了铁路功率调节器主电路的数学模型,推导了以输出补偿电流为状态变量的控制方程;在此基础上,提出了一种基于改进滑模变结构的铁路功率调节器控制策略,实现了对铁路功率调节器补偿电流的精确跟踪,显著改善了V/v牵引供电系统的电能质量;最后基于PSCAD/EMTDC平台搭建了SS6B型电力机车和所提铁路功率调节器控制策略的仿真模型,验证了所建电力机车模型的正确性和所提控制策略的有效性。     

电气化铁路并联型铁路功率调节器控制策略的仿真研究

为解决电气化铁路牵引供电系统中三相网侧谐波、无功和负序等电能质量问题,同时满足电气化铁路补偿容量大的要求,提出了采用并联型铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC)配合降压变压器的综合补偿方案,具体研究了并联型RPC的控制策略并进行了仿真分析。提出了对RPC的指令电流检测采用平衡补偿电流检测法,对RPC的补偿电流控制采用基于比例谐振(proportion resonance,PR)控制器的三角波比较控制方式,同时将载波相移(carrier phase shift,CPS)技术应用于RPC的控制。最后,利用MATLAB/Simulink搭建了由2个RPC并联构成的补偿方案的仿真模型。仿真结果表明:RPC投入运行后,三相网侧电流为与电网电压同相位的三相正弦对称电流,只含有开关频率整数倍次的高次谐波;通过进一步采用CPS技术,开关频率奇数倍次的高次谐波被有效滤除,三相网侧电流总谐波畸变率由8.04%降低为2.24%。仿真结果验证了并联型RPC在解决牵引供电系统中三相网侧电流谐波、无功和负序等电能质量问题方面的可行性与优越性,为并联型RPC的工程应用提供了有价值的参考。     

电气化铁路背靠背光伏发电系统及控制策略

将光伏发电接入牵引供电系统,有助于推进铁路系统的节能减排以及光伏电能的就近消纳。针对铁路牵引供电系统的特殊性,首次提出一种适用于电气化铁路的背靠背光伏发电系统及其控制策略。利用背靠背变流器的直流侧输出光伏电能,根据工况动态计算两侧变流器的最优电流,实现两侧变流器的独立控制,充分利用变流器的容量对牵引供电系统进行一定的无功和负序补偿,在自发自用的发电模式下,实现光伏电能的就近消纳,同时不影响牵引供电系统的电能质量。最后,搭建了系统仿真模型,验证了所提背靠背光伏发电系统的有效性。     

一种采用LC耦合的电气化铁道功率调节系统

针对电气化铁道异相供电系统中牵引网过分相及电能质量问题,采用铁路功率调节器(RPC)的单相供电方式是一种可行方案。然而,RPC较大的补偿容量使得该套系统有源部分成本高。为提高该方案的性价比和可靠性,提出一种适用于单相牵引供电系统的LC耦合型铁路功率调节器(LC-RPC)。在对LC-RPC端口特性进行分析的基础上,提出一种适用于电气化铁道随机波动负荷条件下LC耦合支路电抗的最小运行电压设计。与传统RPC系统进行了详细容量对比分析,结果表明LC-RPC具有显著节容优势。结合某牵引变电所的实测数据给出了系统的参数设计实例。最后,仿真和实验结果验证了LC-RPC补偿效果和节容能力的有效性。     

基于Matlab和YALMIP的V/v型牵引供电系统负序电流优化方法

针对电气化铁路牵引供电系统负荷不对称引起的负序电流问题,本文提出一种基于铁路功率调节器补偿的负序电流优化方法。以含V/v牵引变压器的供电系统为对象,分析负序电流产生以及铁路功率调节器功率补偿的机理,构造基于铁路功率调节器功率补偿的V/v型牵引供电系统的负序电流优化模型。基于Matlab平台和YALMIP工具箱,调用IPOPT优化工具求解该模型,并通过仿真分析验证所提模型和方法的正确性和有效性。结果表明,采用铁路功率调节器功率补偿能够有效抑制牵引供电系统中的负序电流,保证了电气化铁路的电能质量。     

一种基于储能系统的混合铁路功率调节器及其控制策略

为充分利用交直交型电力机车产生的再生制动能量,提高V/v牵引供电系统的电能质量,并提高其经济性,提出一种基于储能系统的混合铁路功率调节器(ESS-HRPC).储能装置通过双向DC-DC变换器与铁路功率调节器(RPC)的直流侧相连接,以回收利用多余的再生制动能量.一组晶闸管投切电容器(TSC)和一组晶闸管控制电抗器(TCR)用于辅助RPC提供无功功率,以降低负序电流补偿的成本.首先,分析ESS-HRPC的结构组成和工作原理,研究TCR、TSC和RPC的装置容量配置,推导系统电压、电流和功率关系;然后,设计ESS-HRPC各部分的给定参考信号和控制策略;最后,通过三种系统工况仿真验证所提ESS-HRPC及其控制策略的可行性和有效性.     

牵引供电系统光储接入方案及其控制策略

为了实现光伏发电在牵引供电系统中的有效利用,提出了一种基于铁路功率调节器的牵引供电系统光储接 入方案及其控制策略.介绍了系统拓扑结构并分析其工作原理,根据分区所两供电臂负荷情况划分多种运行模式和运 行工况,不仅可以实现再生制动能量的利用、负荷削峰填谷以及光伏发电的消纳,同时能够有效调节供电臂末端网 压.仿真结果证明了所提方案及其控制策略的正确性和有效性.     

新型高速铁路电能质量补偿系统及参数设计

针对高速电气化铁路牵引供电系统由于不平衡负荷和整流引起的电网较大负序和谐波电流的电能质量问题,提出一种基于铁路功率调节器（railway static power conditioner,RPC）的新型电能质量补偿系统,详细介绍和分析了该新型补偿装置的拓扑结构和负序补偿原理,并对该新型结构的主电路参数设计方法进行讨论。...     

基于MMC的新型铁路功率调节器的PIR控制策略

对于铁路供电系统的负序电流、无功补偿及谐波抑制问题,铁路功率调节器(RPC)具有良好的综合治理效果。采用MMC构造的新型RPC(MMC-RPC)具有耐高压、容量大和波形质量好等优点。首先分析了MMC-RPC的拓扑结构,并建立了数学模型;其次以Scott牵引变压器供电系统为例分析了电流补偿的方法;然后采用比例-积分-谐振控制器实现了交流补偿电流的准确控制以及MMC桥臂环流的抑制;最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,结果验证了所提出控制策略的有效性。     

一种混合型电气化铁道电能质量综合治理系统及其容量分析

为应对电气化铁道供电系统电能质量问题,提出了一种能适用于平衡牵引变压器的混合型电气化铁道电能质量综合治理系统(H-RPQIS)。分析了该系统有源部分的端口电压特性,给出了LC耦合支路的参数设计方法,并将其与传统铁路功率调节器(RPC)进行了容量对比分析。分析结果指出在同等补偿电流下H-RPQIS有源部分的补偿容量大幅低于RPC系统。结合某40 MV·A牵引变电所的实测数据对系统进行了仿真研究,结果显示H-RPQIS有源部分的补偿容量约为RPC的20%~30%,验证了H-RPQIS的补偿效果及容量分析的正确性。     

光伏并网与有源滤波统一控制系统的研究

提出一种将光伏并网与有源滤波统一控制的新型控制策略。以分布式小容量并网逆变器为研究对象,基于瞬时无功功率理论进行谐波和无功电流检测,采用SPWM电流矢量控制技术,在MATLANB/SIMULINK中对所提控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,该控制策略能够在保证系统以最大功率并网的同时,充分利用逆变器容量,实现负载总谐波、特定次谐波和无功电流的最佳补偿,从而提高设备利用率,改善电网电能质量。     

单相光伏并网逆变器控制技术

把光伏电池的特性与光伏并网逆变器结合起来控制光伏电池最大功率传输,提出了用光伏电池最大功率跟踪控制的最大输出电流作为逆变器控制的瞬时参考电流的方法,该瞬时交流参考电流是以光伏电池输出的直流电流作为其峰值,以电网电压的相位和频率作为瞬时交流参考电流的相位和频率,同时为了确保逆变器的稳定性和可靠性,引入了电网电压前馈和滤波器电容电流反馈控制的方法。分析了光伏系统中DC/DC、DC/AC的拓扑电路结构及其实现最大功率并网的控制策略,并利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真,仿真结果表明所提控制策略能实时跟踪光伏系统的最大功率点,系统能稳定可靠地向电网传输电能。     

双星型多电平铁路功率调节器及其控制方法

电气化铁路向高速、大功率发展的同时,给牵引电网带来不容忽视的电能质量问题。为实现牵引电力系统三相电流的平衡,研究一种高压大容量的双星型多电平铁路功率调节器。该调节器采用模块化高压级联结构,由4个H桥链节及输出滤波电感组成,可直接挂接于27.5 kV电压等级,能用于多种类型牵引供电系统的功率调节,尤其适用于斯科特(Scott)同相供电牵引系统的功率转移和补偿。在分析该新型铁路功率调节装置拓扑结构、等效模型以及功率平衡的基础上,提出以调节器电压平衡为目标的分层控制策略,以保证系统的安全稳定运行。最后通过仿真和实验验证了所提补偿装置和控制方法的有效性。     

三相四线制光伏并网发电与电能质量调节器的统一控制

针对电网中的三相四线制系统,本文设计了一种光伏并网发电与有源电力滤波器的统一控制策略,新的系统结构和控制策略使得光伏系统在向电网注入有功电能的同时,还能够对电网无功、谐波以及不平衡电流进行补偿,并且在夜间光伏电池不能发电时,系统能够继续工作在电能质量调节器的状态。同时为了改善并网电流控制方式的不足,文中还设计了针对三相四线制并网逆变器输出电流的解耦控制策略,用以提高输出电流的质量。仿真结果验证了该设计的正确性和可行性。     

光伏规模化并网的电能质量复合控制策略研究

为了充分发挥并网逆变器结构及功能上的潜在优势,研究将滤波及无功补偿功能融入光伏电站逆变器中,同时实现有功并网、谐波抑制、无功补偿及电压补偿等多功能复用。在研究了逆变器控制策略以及微电网电能质量特性和控制方法后,对光伏电站拓扑结构进行了改进。在此基础上提出了一种基于逆变器动态剩余容量的无功分配策略,对并联逆变器和串联逆变器的控制策略进行详细讨论。运用该控制策略有效地实现了光伏规模化并网的电能质量复合治理,并用PSCAD/EMTDC软件通过实例仿真验证了控制策略的正确性和有效性。     

基于V／V接线变压器的铁路功率调节器容量配置和能量优化补偿策略

针对高速铁路牵引供电系统的谐波、负序问题,提出一种采用铁路功率调节器(RPC)补偿装置的能量优化补偿策略。研究了优化补偿情况下RPC装置谐波和负序电流补偿量的检测方法。针对RPC的补偿能量,对RPC进行最优稳态功率分析,提出了3个补偿指标:有功补偿度γ、无功补偿角度φ、谐波补偿度ψ。采用粒子群优化(PSO)算法计算RPC最小补偿能量下所需的γ、φ和ψ,通过对γ、φ、ψ的控制实现RPC的最优能量控制。采用能量优化补偿方法对RPC进行容量配置,并针对补偿的实时性要求,提出了一种工程应用方法。仿真结果表明,所提出的能量优化补偿策略可以减小RPC的补偿容量,提高了补偿装置的经济性。     

光伏并网逆变前馈补偿控制技术研究

针对光伏并网逆变控制系统的电路结构,采用PI调节和前馈补偿的控制方法,实现了并网电流的正弦化和单位功率因数并网目标,介绍了调节器及滤波电路的参数设计方法,并采用自适应变步长电导增量法来解决光伏阵列输出的最大功率跟踪问题,最后对光伏并网逆变控制系统进行了仿真实验.实验证明了该控制策略的有效性,能较好地满足光伏阵列并网的基...     

具有光伏并网发电功能的统一电能质量调节器仿真

统一电能质量调节器因直流侧没有储能设备通常不能对负载进行电力中断补偿，且太阳光的日夜交替变化导致光伏并网发电装置只能间歇工作，这将影响设备的利用效率和电力系统正常运行。针对此不足，提出一种新的统一电能质量调节器结构和控制策略，该系统可同时实现电能质量综合治理、光伏并网发电以及电力中断补偿。详细分析了该系统的工作原理和控制策略，并利用Matlab/Simulink对系统进行仿真，验证了所提系统结构及控制策略的可行性。