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。     

功率耦合与阻感比结合的MMC-RPC新型下垂控制策略

并联在牵引供电臂上的铁路功率调节器RPC(railway power conditioner)与供电臂间的连接线路上会产生电能损耗,使得RPC无法对牵引网中的电能达到有效、精准的治理效果。以采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器MMC-RPC(modular multilevel converter-rail power conditioner)为研究对象,对其进行建模,推导出其交流侧P-f与Q-U之间的关系,建立传统的下垂控制方式。在此基础上考虑传输线路的阻感影响,提出一种改进型的下垂控制策略,它采用功率耦合的方式,并引入阻感比参数,它能更加灵活有效地跟踪MMC-RPC的期望出功率。最后在MATLAB\Simulink中模拟实际工况对MMC-RPC系统进行仿真,仿真结果验证了所提下垂控制策略对于MMC-RPC系统的有效性;与传统下垂控制的仿真结果相对比,进一步说明了这种改进方式的优越性。     

基于粒子群算法的铁路功率调节器的容量优化

针对铁路电能质量容量优化问题,提出了用铁路功率调节器(RPC)补偿装置解决的方法,研究了负序、谐波的优化补偿策略。为了优化RPC容量配置,采用粒子群算法计算出RPC补偿容量最小值,得到了最优补偿系数和补偿角度。采用能量优化方法对RPC控制,实现最优补偿。仿真和实验结果表明,RPC补偿容量减小,且满足电能质量要求,验证了算法的合理性与经济性。     

一种铁路功率调节器的改进单周控制方法

为了治理高速铁路机车引起的电能质量问题,维持一个清洁安全的电网,文中讨论了一种先进的铁路功率调节器。针对高速铁路机车的随机性和快速性,提出了一种基于等效负载电阻电压前馈控制的改进单周控制方法。通过等效负载电阻电压前馈控制的方法,可以实时跟踪机车负载的变化,能有效提高控制系统动态响应性能。通过单周控制对直流侧电压进行闭环比例—积分控制,可以稳定直流侧电压,以保证铁路功率调节器的正常、可靠工作。为了克服死区时间对单周控制补偿精度的影响,采用一种死区补偿方法对死区进行了有效补偿。最后,通过仿真和实验验证了所提出控制方法的正确性,有效地改善了牵引供电网的电能质量水平。     

一种基于YNvd变压器的多电平铁路功率调节系统

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,提出了一种基于YNvd平衡变压器的多电平铁路功率调节系统。采用由4个多电平级联型H桥链与滤波电感组成的多电平铁路功率调节器MRPC（multilevel railway power conditioner）,并将MRPC一侧直接连接于YNvd平衡变压器二次侧β相分接头,取代了通过降压变压器连接于供电臂的传统方法,减少了系统成本。分析了该系统的拓扑结构、等效模型及补偿原理,并根据补偿原理提出一种由指令电流跟踪、环流抑制与链节电压平衡3层组成的分层控制策略,最后通过仿真验证了所提理论的可行性与有效性。     

一种优化感应耦合电能传输系统参数的方法

研究了感应耦合电能传输(ICPT)系统,以串联补偿(SS)结构为例,分析了系统的电路和数学模型,提出使用Mathcad软件对其内部参数进行优化设计,以提高传输功率、效率和传递的距离。这种优化方法可以直观地找到适用于特定设计要求的优化点,以帮助设计出实际的ICPT系统,具有一定的普适性。以此为基础,提出了ICPT系统频率的优化方法,并制作了一个300 W的无线传能系统,距离为15 cm。无线电能传输部分效率在90%以上。实验结果证明了相关理论分析的合理性,以及优化方法的可靠性和普适性。     

一种新型电气化铁道电能路由器研究

在实现可再生能源发电技术在牵引供电系统得到应用的前提下,针对27.5 kV电气化铁路牵引网中功率调度等问题,提出一种新型电气化铁道电能路由器装置.装置采用81电平变换技术满足电气化铁道供能系统对并网变换器的高压、高电能质量、大功率的需求,采用电压幅值—相角的能量调度方式确保电力机车正常供能及对牵引网的电压支撑,最后通过...     

一种新颖的铁路静止功率调节器双环控制方法

为治理由电力机车而引起的牵引供电系统的负序、谐波等电能质量问题,研究了一种先进的铁路静止功率调节器,同时为了改善功率调节器的治理效果与控制性能,本文构建了一种新颖的电压电流双环控制框图。考虑到内环电流跟踪的重要性,提出了一种基于递推积分的双滞环复合控制方法,有机结合了两种控制方法的特性,实现了两种控制方法的优缺点互补,提高了电流跟踪的速度和精度。为了稳定直流侧电压以保证调节器的正常稳定工作,根据功率调节器的结构和能量平衡原理,提出了一种直流侧电压的复合准PI控制方法,从而实现了对电压的平滑、稳定控制。最后,通过仿真和实验验证了本文所提出的控制方法的正确性,有效地改善了牵引网的电能质量问题。     

一种基于拉格朗日插值的微网虚拟功率下垂控制方法

低压微电网线路阻性成分大,下垂控制的直接应用会导致功率的耦合问题,而经过坐标变换后的虚拟功率下垂控制方法可以实现功率的解耦控制。针对采用固定的虚拟功率下垂系数无法保证微网孤岛运行时的频率与电压质量的问题,提出了一种基于拉格朗日插值方法的虚拟功率下垂控制策略,可以保证当微源的输出功率不超过允许范围时,其频率与电压符合电能质量要求。为了实现并联微源输出功率的合理分配,加入了功率分配鲁棒控制方法,使得虚拟无功功率的分配不受线路阻抗影响。利用该方案对通过不同线路并联的两台同容量逆变器并联进行了仿真,并与固定下垂系数方法进行了对比分析。结果表明,新型下垂控制方法可以保证优质的电能质量与并联微源间功率的合理分配。     

一种绕组补偿式电气化铁道电能质量控制系统

针对电气化铁道供电系统存在的电能质量问题,提出一种无辅助降压变压器的半桥型绕组补偿式有源功率变换系统(auxiliary step-down transformer-less half-bridge winding compensation type active power converter,T-HBWAPC)。与传统有源治理方案相比,在完成同样功能的前提下,该系统无需大容量工频辅助降压变压器,且使用更少的功率开关器件,具有更高的系统集成度和更低的制造、运行成本。文章给出该系统的补偿原理和检测方法,详细分析了系统独特的电压扰动现象。为提高系统在电压扰动下的鲁棒性,采用内模控制器作为T-HBWAPC的电流控制器。最后通过仿真和实验验证了补偿系统及电压扰动分析和控制方法的正确性。     

高速电气化铁路新型电能质量补偿系统

针对高速电气化铁路牵引供电系统面临的谐波电流含量高且较分散、负序电流大的电能质量问题,建立一种新型电能质量补偿系统。该系统主要由电气化铁路功率调节器、两组晶闸管控制电抗器和两组晶闸管控制3次滤波器组成,其中电气化铁路功率调节器只用来转移有功功率和治理部分谐波,3次滤波器用于滤除3次谐波和改变供电臂电流相角,电抗器也用来改变供电臂电流相角。该系统以最小的有源容量和较低的成本进行谐波抑制和负序电流补偿。本文在阐述其工作原理的基础上,建立了其基波域和谐波域的统一等效电气模型,并深入研究了其负序补偿和谐波抑制原理,分析了电气化铁路功率调节器最佳容量选取的原则,同时还对整个系统的谐振特性进行了分析,并模拟京沪高速电气化铁路实际供电系统进行了仿真,仿真结果验证了本文研究内容的正确性和有效性。     

高压大容量五电平变换器在RPC中的应用

针对电气化铁道电能质量存在的负序、谐波和无功问题,借鉴日本模式,提出了基于新型YNvd平衡变压器的电铁功率调节器RPC(railway static power conditioner)。为了适应牵引负荷高电压、大容量的需求,RPC主要由2个背靠背的单相二极管箝位型五电平电压源变流器构成,可以实现有功平衡、无功补偿和谐波抑制,使得牵引供电系统相对电力系统而言是一个三相对称纯阻性网络。此外还采用一种新颖的辅助稳压电路来解决二极管箝位多电平结构固有的直流侧电容均压问题。最后用Matlab/Simulink仿真验证了该方案的可行性。     

基于MMC的铁路功率调节器方案对比

针对铁路电力机车产生的负序、谐波、无功等电能质量问题,传统的两电平变换器型的铁路功率调节器已经无法满足高压大功率应用领域的要求,基于MMC的铁路功率调节器具有明显的优势。以采用V/v接线变压器的牵引变电所为背景,对不同结构的MRPC方案进行分析和对比。最后,总结了3桥臂MRPC方案的优势,通过RT-LAB实时仿真平台,对3桥臂MRPC系统进行了验证,结果验证了该方法的可行性和有效性。     

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。     

V/V牵引供电系统中铁路功率调节器的控制方法研究

针对电气化铁路高负序含量、谐波污染等电能质量问题,讨论一种能够进行负序与谐波综合补偿的铁路功率调节器(railway static power conditioner,RPC).为了提高RPC的控制性能与效果,构建RPC的电流内环基于重复预测的无差拍控制和电压外环的复合准PI控制的双环控制策略,实现了对参考电流信号的快速、平滑跟踪和直流侧电压的平稳控制.考虑到系统模型参数的扰动性与波动性,通过采用基于遗忘因子的递推最小二乘算法来动态辨识系统参数,增强控制系统的适应性.最后进行仿真和实验验证,结果证实了所提方法的正确性.     

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。     

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。...     

现代电气化铁路对电网电能质量影响及其治理

现代电气化铁路的单相供电、负荷冲击等特点,对电网电能质量的影响不可避免。阐述了现代电气化铁路对电网电能质量的主要影响,以及在铁路侧和电网侧对电能质量问题的治理措施,并比较了目前国外和国内的各种治理方案,指出静止无功补偿器(SVC)是目前较为可行的方案。     

基于81电平铁路功率调节器的不平衡补偿策略

为进一步降低铁路功率调节器在大功率补偿过程的开关频率,采用开关频率较低的混合级联81电平变换器作为电压源、开关频率较高的单相全桥变换器作为电流源,将两个电压源背靠背连接,提出一种81电平铁路功率调节器。由于系统中承担85%的补偿功率的开关器件的开关频率在250 Hz及以下,开关频率高的电流源仅承担1%的功率,因此系统开关损耗小且对补偿电流参考信号的跟踪性能好。研究了系统的基本结构及其等效电路,通过构建等效对称三相电压源建立等效三相电路,采用有功功率平均分配法,使得补偿后的系统等效为Y-Y型对称三相电路,从而实现不平衡电流补偿,并提出一种新的补偿电流检测方法。仿真结果证明所提系统及其补偿方法的有效性和可行性。