基于静止无功发生器的双流制牵引供电系统控制策略

基于静止无功发生器的双流制牵引供电系统可用于交直流供电系统并存的供电区段,也能为多制式机车提供出厂试验,减少供电设备,提高效率,并解决以负序为主的电能质量问题。提出双流制供电系统的结构,根据负荷的运行工况分别研究2种运行方式的基本原理,构建负序补偿数学模型并推导静止无功发生器容量的计算式。基于瞬时无功理论,研究该方案中静止无功发生器的控制策略。搭建仿真模型,仿真结果表明在不同的负荷运行工况下,双流制供电系统既能为交流负荷和直流负荷提供运行功率,也能对公共连接点处的负序进行治理,验证了补偿方案的正确性与可行性。

基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM不平衡补偿研究

星形级联H桥静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)在中高压配电和输电网中应用广泛,但其负序电流补偿能力较弱,容易引起相间子模块直流电压的不平衡。为了实现任意不平衡度的负序电流补偿,文中提出一种基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM拓扑,该拓扑在传统星形结构基础上仅需增加两组相间RLC谐振器,并利用谐振频率分量实现相间功率的流动,且不影响工频补偿电流的输出。在分析拓扑工作原理的基础上进一步提出基于双频功率的控制策略,能够在相间重新分配三相不平衡功率,保证三相直流侧电压平衡,实现任意不平衡度的电流补偿。最后,针对所提出的拓扑及控制策略进行仿真及实验验证,证明所提方法的有效性与优势。

一种500 kV变压器单相置换静态运行分析方法

500 kV变压器通常为单相式,当其中一相故障时,可考虑用备用相替换恢复运行。但备用相通常与原设备参数不一致,导致主变压器三相参数不对称,需分析其运行时对可靠性的影响,并研究提高可靠性的方法。为此,提出一种适用于研究三相参数不对称系统静态运行的方法,通过附加电源解耦三相电路,从相电路求不平衡电压初值,从序电路求不平衡电流初值,再用迭代原理修正附加电源逐步逼近实际值,同时研究附加电源法的收敛特性、电路特征等内容。通过仿真计算验证该方案的正确性,分析主变压器单相置换在独立运行情况下的一般性规律及负载能力。针对主变压器单相置换并列运行,研究了并列运行时零序回路的差异以及其对主变压器负载能力的影响,以及主变压器中性点加装小电抗的原理和作用,结合电网当前实践基础,计算不同电抗值抑制零序电流的效果,找出优选值。

一种考虑再生制动能量反馈的混合铁路功率调节器

为低成本地解决高速铁路或重载铁路牵引供电系统中的三相电流不平衡问题,提出了一种考虑电力机车再生制动能量反馈的混合铁路功率调节器HRPC(hybrid railway power conditioner)对负序电流进行补偿。HRPC由模块化RPC和所提的一种新型静止无功补偿器SVC(static var compensator)组成。首先,详细介绍了HRPC的拓扑结构及其工作原理,分析了列车不同运行工况下的三相电流不平衡度及负序补偿原理。然后,设计了模块化RPC和新型SVC的控制策略。最后进行了仿真验证。仿真结果表明,所提HRPC具有较好的负序补偿能力,且降低了补偿装置的成本,易于工程应用。

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。

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。

无功和谐波补偿装置的控制方法

针对具有功率因数补偿、补偿负载不平衡和滤除电网谐波电流等功能的联合运行系统,提出一种新的控制方法,由SVC模式控制和APF控制2部分组成。其中,SVC模式控制通过负序基波提取器实现电网负序基波分量的检测;通过改进的电压控制器实现公共连接点的电压稳定。利用特定次数谐波检测并进行相位补偿的方法实现电网谐波分量的检测;利用神经元广义积分PI控制算法实现对特定次数谐波的分频补偿,应用该算法的控制器结构简单,有较强的鲁棒性,同时应用该算法可以自适应调节控制器的参数,从而提高系统的电流跟踪性能。仿真和实验结果证明了该控制方法的可行性和有效性。

新型负序电流检测方法及其应用

针对传统的基于同步旋转变换负序电流检测方法的一些缺陷,提出了一种新的检测方法,该方法不仅适用于负载不对称系统,而且适用于电源电压不对称系统。在检测过程中,不需要采用锁相环(PLL)电路获得同步旋转角,消除了PLL延时带来的影响。仿真结果证明了所提检测方法的正确性和有效性,新的负序电流检测方法具有精度高、实时性强的特点。最后,给出了所提方法在配电静止同步补偿器中的应用效果,表明采用所提的负序电流检测方法配电静止同步补偿器能很好地实现负载的不平衡补偿。

静止无功补偿器多目标统一控制方法

针对静止无功补偿器(static var compensator,SVC)补偿配电网负荷引起的电压波动、功率因数较低和负序电流问题,提出一种多目标统一控制器。它主要由功率因数闭环–负序电流补偿前馈控制支路和SVC安装点电压闭环–负序电流补偿前馈控制支路组成,两条控制支路可依据补偿目标自动切换。对功率因数闭环控制设计了模糊PI控制器,可依据滞环环宽对功率因数进行粗调及细调;对SVC安装点电压闭环控制采用最优非线性PI控制算法。建立了被控对象SVC的控制模型。工业应用结果不仅证明了本文理论分析及所提多目标统一控制方法的正确性和有效性,还对SVC在工程应用上的产品化起到一定的借鉴作用。

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。

两相牵引供电系统电能质量有源综合治理技术研究

为解决高速和重载机车给两相供电的牵引变电所带来的负序问题,并兼顾治理谐波和补偿无功功率,考虑到模块级联逆变器无需升压变压器即可直接在中、高电压下应用的优势,提出一种由半桥模块级联组成的铁路用多电平功率调节器,由其组成的两个逆变器可实现两个单相绕组间有功功率的传递。通过合适的功率转换可消除或减少高压系统的负序电流,并补偿各逆变器所连接供电臂的谐波和无功功率。由于逆变器直流侧电压高、电流小,该种方式可避免直流侧大电流带来的散热等难题。本文以采用Scott接线变压器的牵引变电所为背景,对该功率调节系统的运行原理、有功功率、无功功率及谐波的检测和控制进行分析,并搭建一台5电平的模拟样机,实验结果验证了该方法具有可行性和有效性。

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。

SVG双序同步-双随机SVPWM控制策略

在庞大的电力网络中,用电实况越来越复杂,三相负荷不对称情况也日益加重。为了消除大量的负序电流对电网安全稳定运行造成的影响,提出将双随机SVPWM控制思想与SVG双序同步控制策略相结合,以补偿负载不对称情况下电网无功及负序电流,改善三相不平衡度,提高电网功率因数。由于随机SVPWM算法的优点,将大大削减补偿后电网电流谐波幅值,降低电流波形畸变率,从而进一步提高电网功率因数。最后在Matlab/Simulink中建模仿真,验证此方法的有效性。

角形级联型STATCOM不平衡工况下的无功功率控制策略

针对电压不对称工况下级联静止同步补偿器(STATCOM)的无功功率控制问题,提出一种适用于角形级联型STATCOM的柔性无功控制策略,通过改变正序和负序无功功率指令值的比例,能够在电压不对称工况下柔性地调节输出的正序和负序无功功率,改善公共连接点电压。结合应用于常规两电平的柔性无功控制策略与角形STATCOM电流控制指令求解方法,利用相量分解法,推导了电压不对称工况下的零序电流和相电流解析表达式,所提策略利用电压和电流瞬时值实时计算电流指令,具有较好的动态性能,同时根据推导的相电流表达式可以实时限制相电流幅值最大值,在提供无功功率的同时可以确保STATCOM运行在安全范围以内,提高了STATCOM的工程实用性。最后,仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

不平衡电网下的无功补偿控制策略

针对电网电压不平衡下的无功补偿问题,提出一种利用静止无功发生器(SVG)在不平衡电网下正、负序电流独立控制的无功补偿控制方法。该方法采用d,q坐标下结构完全对称的正、负序双电流内环控制以实现对正、负序电流的独立调节,在正序电流内环控制环节对检测出的无功分量进行控制,在负序电流内环控制环节对检测出的电网电流不平衡分量进行控制。对该控制方法的原理进行分析,最后通过仿真验证了该方法的正确性和可行性。

牵引供电系统负序电流和谐波对电力系统的影响及其补偿措施

作为电力系统的一个特殊用户,电气化铁路具有非线性、不对称和波动性的特点。文章以包神铁路巴瓷段瓷窑湾牵引变供电工程为例,分析了电气化铁路负序电流和谐波对电力系统的影响。针对目前补偿措施存在的问题,提出采用由单调谐滤波器和晶闸管控制电抗器构成的静止无功补偿器动态补偿电气化铁路系统不断变化的无功需求,并对瓷窑湾牵引变电站加装静止无功补偿装置前后的负序电流分量和高次谐波抑制情况进行了分析,结果表明,采用上述补偿措施可获得良好的补偿效果。

DSTATCOM在焊装车间无功及负序电流补偿研究

汽车焊装车间主要负荷为悬挂式点焊机,由两相线电压供电,是典型的大冲击性负荷,会导致焊装车间存在严重三相不平衡及大量谐波电流。在焊装车间电能质量问题进行检测评估基础上,采用Y型低压DSTATCOM进行无功及负序电流补偿,给出了主要控制策略,很好地解决了电能质量问题。仿真及实验结果表明,设计装置可以很好地补偿系统功率因数。

牵引变压器负序分析及补偿

分析了不同联结形式的牵引变压器在不同负荷条件下的负序电流特性;指出在同时具有牵引负荷和回馈负荷的工况下,三相电流不对称程度的严重性;介绍了采用铁路静止电能调节器(RPC)对负序、无功、谐波等电能质量问题进行综合治理的基本原理;重点讨论了利用RPC消除三相-两相牵引变压器负序电流所需的装置容量问题,为RPC的工程应用提供指导。

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。