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。

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。

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。

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。

Optimal electromagnetic hybrid negative current compensation method for high-speed railway power supply system

To achieve economical compensation for the huge-capacity negative sequence currents generated by high-speed railway load, an electromagnetic hybrid compensation system(EHCS) and control strategy is proposed.The EHCS is made up of a small-capacity railway static power conditioner(RPC) and a large-capacity magnetic static var compensator(MSVC). Compared with traditional compensation methods, the EHCS makes full use of the SVC’s advantages of economy and reliability and of RPC’s advantages of technical capability and flexibility. Based on the idea of injecting a negative sequence, the compensation principle of the EHCS is analyzed in detail. Then the minimum installation capacity of an EHCS is theoretically deduced. Furthermore, a constraint optimization compensation strategy that meets national standards, which reduces compensation capacity further, is proposed. An experimental platform based on a digital signal processor(DSP) and a programmable logic controller(PLC) is built to verify the analysis. Simulated and experimental results are given to demonstrate the effectiveness and feasibility of the proposed method.

新型的铁路电能质量综合治理控制策略

采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器对牵引供电系统中存在的无功、负序、谐波等电能质量问题进行治理。首先对V/v牵引供电系统中负序、无功、谐波等电能质量问题进行了分析,提出了比例复数积分控制方式。通过对比分析比例复数积分控制与不同控制策略的稳态误差以及频域特性,得出比例复数积分控制器在目标频率处有无穷大增益,并达到零稳态误差的控制效果,从理论上说明了该控制器的优良控制性能,能对牵引供电系统的电能质量起到综合治理的效果。最后在Matlab/Simulink中搭建模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器的仿真模型,模拟牵引变压器左右两端供电臂上负载不平衡的工况进行仿真分析,通过仿真证明了所提出的控制方式的有效性。

基于滑模变结构的模块化多电平铁路功率调节器直接功率控制

为解决传统牵引网中存在的负序、无功、谐波等电能质量问题,在采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器(modular multilevel converter-railway static power conditioner,MMC-RPC)基础上,提出一种基于滑模变结构的直接功率控制策略(sliding mode variable structure-direct power control,SMVS-DPC)。该控制策略不仅无需锁相环,动态响应快,而且能够减小切换滑模面时产生的高频抖振,稳定性和鲁棒性优越。首先建立单相MMC-RPC数学模型,分析其工作原理;其次详细论述SMVS-DPC控制策略的原理及其设计过程;最后以V/v变压器为例,在Matlab/Simuink中搭建MMC-RPC仿真模型,通过仿真结果验证SMVS-DPC控制策略运用到MMC-RPC的有效性和优越性。

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。