基于RPC的同相供电系统供电运行能量多维控制研究

为确保高速铁路安全、可靠、经济运行,提出高速铁路同相供电系统供电运行能量多维控制方法。分析供电系统组成结构与供电过程,利用潮流控制器补偿该系统功率,确保系统稳定运行;结合三相不平衡程度、电压电流波形畸变等指标构建运行能量的最佳负载模型,使传输能量损失降到最低;经过对2个供电臂电流的有功与无功补偿,消除负序电流;制定铁路功率调节器控制策略,获得降压变压器变化情况,保障直流侧电压稳定;再使用比例积分控制器获取电流理想值,得出控制信号,实现供电运行能量多维控制。仿真实验证明,所提多维控制方法能提高三相电流平衡程度,达到均压稳定效果。

贯通同相供电系统建模及运行特性分析

贯通同相供电系统可以取消全线电分相,实现牵引网不间断供电,对贯通同相供电系统进行建模和运行特性分析能够为系统的设计和优化提供理论依据。构建同相牵引变电所模型;建立能够灵活模拟不同拓扑结构和不同运行状态的贯通同相供电系统的链式电路模型;针对模型高效求解和导线载流量校验需求,提出一种改进的导体电流间接求解方法;基于构建的模型对贯通同相供电系统在空载和负载工况下的运行特性进行分析。研究结果表明,三相电压不平衡度的计算值与理论值相等,验证了模型的正确性;与既有导体电流计算方法相比,改进的导体电流间接求解方法的计算精度无差异,计算时间缩短为原来的1/3;潮流计算能够充分反映贯通同相供电系统的穿越功率以及牵引网电压、电流等特性。

计及牵引负荷不确定性的同相供电系统随机优化运行策略

为克服列车高速行驶中取流波动性而加剧的同相供电系统安全高效运行的不确定性,建立包括牵引变压器、潮流控制器、储能元件的同相供电系统数学模型。以牵引负荷功率为随机变量,形成刻画运行不确定性的潮流机会约束条件;以电压不平衡补偿、系统安全运行边界为确定性约束,计及混合储能服役性能退化影响,以牵引变电所电费成本和储能元件老化成本组成的日运行成本最小为优化目标,以潮流控制器控制方案和混合储能充放电策略为决策变量,建立同相供电系统随机优化运行模型,并将该模型转化为混合整数线性规划模型进行求解。算例分析结果表明:提出的优化运行策略在不确定性条件下可有效降低运行成本约13%,且混合储能循环寿命提高了约3 a。

同相供电系统混合补偿容量优化分析与设计

针对现有同相供电系统中有源补偿容量较大、成本高的缺陷,提出一种基于混合补偿的同相供电系统。首先,分析了该系统的拓扑结构及工作原理,建立了混合补偿模型;其次,分析了无源补偿容量、负荷大小和功率因数对有源补偿容量的影响,完成了混合补偿容量优化配置;最后,研究了电能质量指标优化补偿原理,推导了电能质量指标参数与有源补偿装置两变流器补偿电流给定值之间的关系,建立了有源补偿容量优化模型,并采用粒子群优化算法进行寻优计算。同时,根据实测负荷数据仿真验证了混合补偿模型和协同控制策略的可行性及有效性。结果表明,混合补偿有效降低了有源补偿容量,优化补偿后在满足国标要求的同时进一步降低了有源补偿容量。

同相供电系统的改进型电流检测方法

基于YNvd平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)相结合构成的同相供电系统,在机车运行状态改变时进行了仿真分析。当同相供电系统采用传统型电流检测方法,在机车由牵引状态转变为电气制动状态时,由于传统型电流检测方法的缺陷性,IPFC直流侧电容电压会急剧上升。而基于Fryze功率定义的改进型电流检测方法则可以避免该问题,另外改进型电流检测方法可应用于部分补偿模式。仿真结果证明了改进型电流检测方法的可行性。

基于V/V牵引变压器的同相供电系统电能质量混合补偿研究

为了综合补偿V/V同相牵引供电系统中的谐波、无功和负序等电能质量问题,提出了一种基于磁控静止无功补偿器(MSVC)和综合电能质量补偿器(HPQC)的电能质量混合补偿方法。通过协同控制MSVC和HPQC使得HPQC的直流电压最小,从而达到完全补偿无功、负序条件下,HPQC有源容量最小。再利用无源滤波器和HPQC有源滤波共同滤除系统中的谐波,实现对系统的负序、无功和谐波的综合补偿。另外还分析了混合补偿系统的负序、无功和谐波电流的实时检测方法,提出了HPQC和MSVC的协同控制策略,使得整个系统响应速度满足补偿要求。与传统有源补偿设备相比,降低了有源部分的补偿容量和直流电压,降低了补偿成本。仿真和实验结果验证了本文提出的混合补偿方法的有效性和可行性。

同相供电系统改进型综合补偿电流检测方法研究

同相供电技术能解决三相负载不平衡问题,取消电分相环节,有利于未来重载、高速铁路的发展。将YN,d11变压器和综合潮流控制器相结合构成同相供电系统。对传统型综合补偿电流检测方法进行改进并应用于同相供电系统中。仿真结果表明:改进型综合补偿电流检测方法可以实时、准确地检测综合补偿电流。相比传统型综合补偿电流检测方法,在动态响应速度和稳态准确性上都有一定的改善。

基于多Agent的贯通同相供电系统协调控制

为满足高速和重载列车对牵引供电系统在电能质量、电分相等问题上的需求,提出了构建基于多智能体的贯通同相供电系统的思路,探讨了系统的基本框架和实现途径与方法,设计了系统中各级Agent的结构功能,并讨论了多Agent之间的通信、协调和协作方法.设计了变电所之间的协调控制策略,以解决贯通同相供电系统中牵引变电所并网运行和变电所之间的潮流调度问题.最后,以京沪高速铁路为例进行了仿真.仿真结果表明,采用协调Agent参与分区协调的2级自治控制策略明显优于其他方式,能实现牵引变电所之间的潮流调度,并将受扰后的节点电压恢复到初始值,确保供电系统的整体电压水平.

新型同相供电系统潮流控制器直流侧电压研究

新型同相供电系统潮流控制器是一种单相交直交变换装置。该装置结合三相两相平衡变压器能够实现电气化铁道的同相牵引供电。分析了潮流控制器中间直流侧电压波动的原因。在控制器的控制原理基础上分析了直流侧电压波动对装置输入输出电流波形的影响，并从抑制直流侧电压波动和改善输入输出电流质量方面提出了解决方案。进行了相关仿真验证。证明研究结论以及解决措施的有效性。

基于五电平结构的同相供电系统研究

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量负序、谐波、无功以及机车过电分相的问题,提出了将新型YNvd平衡变压器和潮流控制器(PFC)相结合的同相供电方案。为适应牵引负荷高电压、大容量的需求,PFC主要由两个单相"背靠背"的二极管箝位五电平变流器构成,用于传递有功功率、补偿无功功率、抑制谐波,使牵引供电系统相对电力系统是一个三相对称纯阻性负载。针对二极管箝位多电平结构固有的直流侧电容均压问题,采用一种新型辅助稳压电路,其结构简单,成本低,可靠性强。在Matlab/Simulink下仿真验证了该方案的可行性。

基于无谐波检测和选择性谐波补偿原理的组合式同相供电系统控制策略

针对组合式同相供电系统同相补偿装置(CCD)的常规控制方法受负载电流检测精度影响严重,且不能良好跟踪高速铁路负载高次谐波电流的缺陷,提出一种选择性谐波电流控制策略。该控制策略仅需要保留CCD的两单相变流器输出电压、电流的检测部分,不需要检测负载电流;并通过矢量比例积分控制器对连接负载的单相变流器输出电流误差中的各次谐波单独跟踪。该设计方法不受负载电流检测精度的影响,对牵引负荷各个频段谐波都具有良好的跟踪性能。利用MATLAB/Simulink搭建组合式同相供电的常规控制模型、改进控制模型和基于改进控制策略的半桥四臂模块化多电平电路模型,对交-直型、交-直-交型、混跑3种负载分别进行控制,仿真验证了改进电流控制方法的正确性以及在实际工程实现中的有效性。

基于平衡变压器的同相供电系统变流器容量优化设计

对基于平衡变压器的同相供电系统拓扑结构和补偿原理进行分析;以变流器控制模式和电能质量指标要求,研究变流器容量优化设计方法,建立电能质量指标约束方程;以某一个具体的牵引变电所为对象利用实测数据对变流器容量进行优化设计。实例分析表明本文所提变流器容量优化方法,在保证系统满足电能质量指标情况下,能明显降低变流器安装容量,从而使得系统工程造价降低,有利于提高系统容量利用率。

基于MMC的储能型同相供电系统模型及控制策略

为解决电气化铁路中的负序问题、电分相问题和再生制动能量回收问题,研究一种储能型同相供电系统。其采用模块化多电平变流器(MMC)作为同相补偿装置,以避免基于级联H桥结构的传统系统中存在的占地大和损耗高等问题,并接入储能装置。在分析主电路工作原理和储能型同相补偿装置工作原理的基础上,建立储能型同相供电系统模型;结合牵引负荷特性划分3种工作模式,包括再生制动、削峰和填谷模式,并以相关国标限值为约束,计算各端口参考电流;提出分层协调控制策略,其中端口电流控制协调不同工作模式间的快速动态切换,荷电状态(SOC)均衡控制提高储能容量利用率。算例结果表明:系统在牵引负荷的不同工况下完成了负序的有效补偿,并且通过SOC均衡控制实现再生制动能量的高效利用;与传统系统采用的储能母线接入方式和SOC均衡控制相比,所提出的系统具有可靠性高和控制简单的优点。

高速铁路同相供电系统直接功率控制器设计

提出了一种应用于高速铁路的同相供电系统直接功率控制器设计方法。该方法在αβ坐标系下,通过分析变流器直流侧和交流侧有功功率和无功功率,利用瞬时功率理论推导了变流器输出电压指令,该指令值通过定频脉宽调制技术来控制变流器工作。该控制方法物理概念清晰,不需要复杂的坐标变换,控制方法简单。为避免低开关频率对电压幅值和相位延迟影响,提出采用电压幅值和相位修正补偿方法。最后仿真结果表明该方法能够实现系统功率传输的平衡,并且直流侧电压稳定,能够有效地消除系统侧负序分量。

贯通式同相供电系统电能变换器的研究

研究了一种基于双PWM变换器技术的电能变换器方案,分析了电能变换器的结构和电能变换原理,针对其实现的功能和特点提出了相应的控制策略。仿真结果证明电能变换器的结构和控制策略是可行的。

基于单相H桥型MMC高速铁路新型同相供电系统

为解决我国高铁V型牵引变电所的以负序为主的电能质量问题,本文提出一种基于单相H桥模块化多电平换流器(SPH-MMC)的新型同相牵引供电系统结构,由V型接线变压器(TT)和统一潮流控制器(UPFC)组成。建立了该新型同相供电系统数学模型,分析了其拓扑结构工作原理;基于平衡补偿原理,提出了一种改进后的有功电流分离的电流检测方法及其控制策略,包括系统级控制指令电流的生成、直流电容电压均衡控制、基于PR调节器的二倍频环流抑制和子模块故障容错控制;最后通过实例验证了该控制策略的有效性和系统的性能。结果表明,与传统的同相供电系统相比,基于SPH-MMC的高速铁路新型同相供电系统能够很好地实现电能质量补偿。

基于YN，d11接线变压器的新型同相供电系统

介绍了在直接供电方式的基础上，采用单台YN，d11接线变压器和平衡变换装置相结合构成新型同相供电系统，根据瞬时无功功率理论，采用有功电流分离法实时准确的检测综合补偿电流；利用滞环空间矢量控制方法，控制平衡变换装置动态补偿无功、谐波和负序，实现三相平衡。仿真结果验证了系统结构、电流检9n,1方法以及控制方法的正确性，该同相供电系统可行。

新型同相供电系统的仿真研究

关于电力系统三相平衡优化问题,同相供电技术能解决三相负载不平衡问题,取消电分相环节,有利于未来重载、高速铁路的发展。将YN,d11变压器和综合潮流控制器结合,构建新型的同相供电系统。根据有功电分离法实时检测谐波及综合补偿电流,采用滞环比较电流控制方法,控制综合潮流控制器消除系统三相不平衡,滤除无功、谐波电流。在MATLAB环境下建立新型同相供电系统,通过仿真证实构建的系统结构、补偿电流方法和电流控制方法是正确的,能实现同相供电,方案可行。

再生制动对同相供电系统电能质量影响研究

同相供电系统可提供牵引供电网中的负序电流、无功电流、谐波的补偿以及解决电分相问题。本文介绍了单相组合式同相供电系统和列车再生制动工作原理,通过建立仿真模型,分析了列车处于再生制动工况下对同相牵引供电系统及电力系统三相不平衡度、功率因数和谐波的影响,验证了同相供电系统在列车再生制动工况下,不改变控制策略解决电能质量问题的有效性。

基于双星型多电平潮流控制器与YNvd变压器的同相供电系统

针对高速电气化铁路领域中存在的负序、谐波与电分相问题,提出了一种基于双星型多电平潮流控制器与YNvd平衡变压器的新型铁路同相供电系统。该双星型多电平潮流控制器为交交变换结构,由四个多电平级联型H桥子模块链节组成,无需直流母线电容。与潮流控制器两端均通过降压隔离变压器连接于变压器二次侧的传统作法不同,该系统将双星型多电平潮流控制器的一侧连接于YNvd平衡变压器二次侧?相分接头,减少了一个降压隔离变压器的成本。分析了该同相供电系统的拓扑结构与工作原理,提出了一种综合控制策略,最后通过仿真验证了所提方案的可行性与有效性。