采用MMC-RPC治理牵引供电系统负序和谐波的PIR控制策略

为综合治理铁路牵引变压器的负序、无功、谐波问题,设计了基于模块化多电平换流器的铁路功率调节器(MMC-RPC)。首先设计了频率自适应功率分离器,并从功率角度分析了Scott牵引变压器(STT)牵引供电系统综合治理的补偿量;然后在构造虚拟正交分量后建立了单相MMC数学模型,在同步旋转坐标系下分析机车谐波电流的特性,指出单相奇次谐波电流在dq坐标系下都以4的倍数次波动;最后提出了需要更少的谐振控制器数量的比例-积分-谐振控制策略。在Matlab中搭建MMC-RPC仿真模型进行仿真,结果证明了所提控制策略有效性。     

基于MMC铁路功率调节器的环流分析与抑制策略

采用模块化多电平换流器构造的新型铁路功率调节器(MMC-RPC)实现牵引供电系统电能质量问题综合治理具有诸多优点,但MMC结构特点会导致MMC-RPC存在环流问题。因此通过对牵引供电系统补偿原理的分析,结合MMC-RPC补偿电流特点,建立单相MMC的数学模型,分析了环流产生的机理。在理论分析的基础上,采用比例–积分–复数积分控制器设计了一种适用于MMC-RPC单相系统的环流控制器。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,计算与仿真共同验证了MMC-RPC存在偶数倍频环流,其流入直流端会引起直流电流和电压的波动,仿真说明了本文环流控制能策略有效抑制环流。     

一种新型的MMC-RPC功率控制策略

为综合治理牵引供电系统中的电能质量问题,分析V/v变压器左右两侧供电臂上的功率关系,通过有功功率平衡、无功功率补偿以及谐波功率分离等方式综合治理无功功率、谐波、负序等电能质量问题。同时,在对基于模块化多电平的铁路功率调节器(MMC-RPC)直接功率控制的基础上引入微分平坦控制理论。选取供电臂上的有功和无功功率作为系统的输出量,并结合微分平坦理论证明其满足微分平坦条件,使得整个MMC-RPC为微分平坦系统。控制系统由前馈控制与误差反馈控制两部分组成,前馈控制环节产生主控制量,反馈控制环节产生修正控制量。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,模拟不同的工况进行仿真,并与其他控制方式进行对比,所得结果验证了该控制策略的有效性与优越性。     

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。     

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。     

MMC-RPC的功率同步平坦控制策略

为解决牵引供电系统中电能质量差、抗扰动性弱以及常规解耦矢量控制中短路比对锁相环参数的影响问题,在功率同步控制的基础上,结合电流矢量控制和微分平坦理论,提出一种适用于模块化多电平换流器型铁路功率调节器的功率同步平坦控制策略。功率同步环将模块化多电平换流器模拟成同步发电机,为牵引网提供惯性支撑。基于微分平坦的电流环由前馈控制和动态误差反馈2个部分组成,能有效限制短路电流,提高了电流环的动态响应特性。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,通过与功率同步控制策略进行对比,并在3种不同工况下进行仿真,仿真结果验证了该控制策略响应速度快且精度高。     

基于模块化多电平换流器的牵引供电负序治理

为解决牵引变的负序问题并补偿无功功率,采用两组单相模块化多电平换流器MMC背靠背连接构造铁路功率调节器RPC,直接接入牵引网。首先,建立了单相MMC数学模型;然后通过二阶广义积分构造正交虚拟分量,将其转换到旋转坐标系下,设计双闭环控制器,并以V/v牵引变为例,定量分析并补偿有功和无功;最后,在Matlab中搭建了基于MMC-RPC向V/v牵引变提供负序治理及无功补偿的仿真系统。仿真结果证明了MMC运用到RPC的可行性以及控制策略的有效性。     

基于SOGI-FLL的MMC-RPC控制器设计

针对牵引供电系统中频率自适应性能差、谐波污染严重等电能质量问题,在传统二阶广义积分器(SOGI)的基础上,结合锁频环(FLL)提出了一种新型的SOGI-FLL结构。在采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器(MMC-RPC)中使用该结构,能够提高系统频率的跟踪能力,加快响应速度,且能有效治理谐波,提高电能质量。在Matlab中搭建基于新型SOGI-FLL的MMC-RPC仿真系统模型,仿真结果和理论分析证实了该新型SOGI-FLL运用到MMC-RPC系统中的可行性及有效性。     

基于反馈线性化的MRPC非线性控制策略

模块化多电平铁路功率调节器(MRPC)因其具有耐压等级高、补偿容量大等优点而适用于牵引供电系统电能质量治理.由于模块化多电平铁路功率调节器是采用多个半桥子模块串联而成,其系统结构复杂,具有多变量、非线性、强耦合的特性,难以建立精确的数学模型.采用传统的PI控制器只能实现近似线性化控制.基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,建立状态变量非线性坐标变换,求解状态反馈控制率,实现内环电流的有功、无功独立解耦控制.在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真系统,模拟实际工况进行仿真,并与双闭环PI控制进行对比,所得仿真结果验证了该策略的有效性和优越性.     

基于模型预测的MMC-RPC直接功率控制策略

为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理,在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC（model predictive direct power control）结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器 MMC-RPC（railway power conditioner with modular multilevel converter structure）。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数,并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿,以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型,并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比,验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。     

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。     

一种基于MRPC的电气化铁道电能质量补偿装置

针对电气化铁路中负序、谐波及无功的治理现状,研究了一种适用于高速电气化铁路的混合型电能质量补偿装置。该装置包括由模块化多电平变换器(MMC)为主要拓扑结构的多电平铁路功率调节器(MRPC)、晶闸管控制电抗器(TCR)和3次滤波器组成。从补偿器的结构特点出发,分析了补偿器的工作原理,并在此基础上提出了其控制策略;为改善补偿电流跟踪效果,电流内环采用复合式重复控制,从而有效减小补偿后电网的负序电流和无功电流。仿真和实验结果验证了该系统的可行性。     

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。     

基于模块化多电平换流器的牵引供电系统电能质量治理方法

针对铁路牵引供电系统高压大功率的特点,基于模块化多电平换流器(MMC)设计了两相三桥臂功率调节装置,以消除铁路牵引供电系统中负序、无功功率及谐波电流。分析了机车负载电流在旋转坐标系下的特点,使用了一种基于二阶广义积分器及直流积分器的信号提取方法,可以快速地得到功率平衡及无功功率、谐波消除的补偿信号。设计了静止坐标系下基于MMC的两相三桥臂铁路静止功率调节装置的控制系统,最终,通过实时数字仿真系统(RT-Lab)进行实时仿真及样机实验,验证了算法的有效性及系统的补偿性能。     

有源电力滤波器比例复数积分电流控制策略设计

为了有效提高有源电力滤波器的补偿能力,提出了一种dq旋转坐标系下基于比例复数积分控制器的有源电力滤波器控制系统。针对三相不控整流电路产生的含量较高的正序7次谐波分量及负序5次谐波分量,在dq坐标系下正负分量变成6次谐波分量的特性,利用比例复数积分控制可实现正弦波信号的零稳态误差跟踪,并在传统PI控制的基础上并联比例复数积分控制,从而提出一种比例复数积分电流控制算法,并给出了控制器的详细设计方法。与传统PI控制和比例谐振控制相比较,仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性。     

大功率混合型电气化铁路功率补偿装置

针对高速电气化铁路牵引供电系统面临的负序、谐波等电能质量问题,提出一种新型混合电能质量补偿系统。该系统主要由铁路功率调节器(RPC)、晶闸管控制电抗器和三次滤波器组成。为了达到负序与谐波综合治理的目的,首先采用无源装置分别给两个供电臂补偿固定容量的容性与感性电流来改变两供电臂电流相位差,然后RPC根据补偿情况来转移相应量的有功、补偿余额的无功并补偿指定量的谐波,这样大大减小了有源部分的容量,节省了成本,提高了系统的可靠性。考虑到电流内环指令信号的交流特性,故采用了一种模糊递推PI控制方法并能够很好地消除稳态误差,并提高系统的动态性能。根据补偿要求设计了补偿装置参数,最后仿真与实验结果验证了本文研究内容的正确性。     

一种简化型三电平高速铁路功率调节器

为了治理电力系统负序、无功和谐波电流等电能质量问题,研究了一种简化型三电平铁路功率调节器,它由1个两相三线制逆变器、2个输出电感和2个单相降压变压器组成。与三相有源电能质量补偿器相比,该调节器只需要一对三电平开关臂,减少了器件数量、降低了装置成本。通过分析两相三线制逆变器的开关控制原理,提出了一种电压外环比例—积分控制和电流内环无差拍控制的双环控制方法。为了实现直流侧动态均压,研究了一种低成本、可靠性高的均压电路,并提出了一种基于电流闭环的均压控制方法。最后,仿真和实验结果验证了所提出补偿结构及方法的正确性。     

有源电力滤波器的特定次谐波控制策略

由于传统比例积分（PI）控制无法实现零稳态误差控制,设计了一种基于比例复数积分控制的有源电力滤波器,该控制器在给定次谐波处具有无穷大增益,可以使某些特定次待补偿谐波实现零稳态误差控制,并且不需要解耦控制,简化了控制器的设计。结合带宽的定义,给出了控制器参数设计方法。通过理论分析和仿真研究对分别采用PI和比例复数积分控制的APF的补偿特性进行了比较研究,验证了通过并联比例复数积分控制器在APF应用上的有效性。     

同相贯通牵引供电系统综合潮流控制器设计

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功等问题,提出了一种适用于牵引负载的同相贯通牵引供电系统交直交综合潮流控制器.交直交综合潮流控制器由两电平四重化PWM整流器和4个2H桥级联多电平逆变器组成.潮流控制器能够实现单位功率因数、低谐波含量三相整流,及时传递牵引负载需要的有功功率,使得牵引供电系统呈现出三相对称纯阻性负载特性.Matlab/Simulink下仿真结果,验证了该方案的正确性.     

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。