本發(fā)明涉及電氣化鐵道供電系統(tǒng)電能質(zhì)量領(lǐng)域，特別涉及一種電鐵統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的牽引網(wǎng)諧波諧振自動抑制方法。

背景技術(shù)：

近年來，高速、重載電力機車日益增多，由于其傳動系統(tǒng)普遍采用基于pwm調(diào)制技術(shù)的交-直-交結(jié)構(gòu)，該型機車(也稱為交流機車)產(chǎn)生的無功和低次諧波大為降低，然以交流機車“調(diào)制頻率/基波頻率”為中心諧波次數(shù)的高次諧波大為增加，且隨著機車的快速移動易在牽引網(wǎng)某點或牽引變電所隨機的產(chǎn)生諧振。與此同時，部分牽引供電區(qū)段老式交-直電力機車(也稱為直流機車)仍然存在，其產(chǎn)生的低次諧波易與線路的無源補償設(shè)備發(fā)生諧振。這些多次見諸于各鐵路區(qū)段，且均造成了嚴(yán)重事故。

鐵路潮流控制器(下文稱pfc)以其優(yōu)良的負(fù)序、無功、電壓恒定控制特性受到廣泛關(guān)注，雖通過補償相反的諧波可實現(xiàn)牽引變電站的諧波治理，但由于所補償?shù)臑槿C波，系統(tǒng)容量很大，性價比優(yōu)勢不明顯；另外，pfc只能實現(xiàn)牽引變電站的諧波抑制，無法實現(xiàn)整條牽引網(wǎng)的諧振治理。因此，在無需大幅增加變流器容量的前提下為pfc開發(fā)具有牽引網(wǎng)諧振抑制功能的控制方法為目前亟待解決的重要課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電鐵統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器牽引網(wǎng)諧波諧振自動抑制方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種電鐵統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的牽引網(wǎng)諧波諧振自動抑制方法，主要針對電氣化鐵路用背靠背單相潮流控制器設(shè)計；該方法包括：低次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊、高次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊、導(dǎo)納匹配自調(diào)整模塊，變流器電流控制模塊。各模塊的特征如下：

1)低次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊檢測牽引網(wǎng)k相饋線電壓vfk，通過分別在3、5、7、9次諧振頻率下調(diào)諧的帶通濾波器(m＝3、5、7、9，ωc取5～15rad/s)篩選出vfk中的3、5、7、9次諧波電壓vf3k、vf5k、vf7k、vf9k，將其分別乘以各個次諧波下的導(dǎo)納系數(shù)k3、k5、k7、k9，得到變流器的各低次諧波補償電流ic3k、ic5k、ic7k、ic9k，將它們相加得到總低次諧波補償電流iclk，(k為α或β)。

2)高次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊檢測牽引網(wǎng)k相饋線電壓vfk，一方面將其滯后90°生成vfk的正交量vfk⊥，另一方面將其通過鎖相環(huán)pll得到電網(wǎng)的頻率信號ω1t，將得到的vfk、vfk⊥經(jīng)兩相靜止坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣將其變換至d、q坐標(biāo)系，經(jīng)高通濾波器hpf(截止頻率可設(shè)為800hz)，再經(jīng)過t^-1(ω1t)獲得饋線電壓的高頻分量vfhk、vfhk⊥，將vfhk乘以與其對應(yīng)的高頻導(dǎo)納系數(shù)kh得到變流器的高頻補償電流ichk(k為α或β)。

3)導(dǎo)納匹配自調(diào)整模塊將檢測回來的各種諧波電壓平方值vfnk²與其對應(yīng)的諧波電壓總畸變率thdn^*所計算出來的諧波電壓平方值vfnk^*2(vfnk^*＝vf1k×thdn^*，vf1k為k相饋線基波電壓有效值)相減，若差值為正，控制器以每個采樣周期增量為kmaxn/(2¹⁵)向上自動調(diào)整各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，其中kmaxn為上限飽和值；若差值為負(fù)，則以同樣的增量向下調(diào)整各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，0為其下限飽和值，最后需將調(diào)整后的各個導(dǎo)納系數(shù)分配至各次諧波篩選回路(k為α或β；n＝3、5、7、9、h)。

4)變流器電流控制模塊，將k相低頻和高頻補償電流iclk、ichk合成為變流器補償信號參考值ick^*，將ick^*與實際檢測回來的補償電流ick作差，經(jīng)比例控制器k，再加上電壓前饋回路vfk，形成調(diào)制信號vck^*，將其與三角載波信號比較即形成pwm波信號，發(fā)送至k相的變流器(k為α或β)。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明并非補償與檢測點諧波電流相反的諧波電流來實時抵消諧波，而是通過在牽引網(wǎng)中添加可控的諧波阻尼，破壞系統(tǒng)諧振的條件，這樣不僅能消除補償點的諧振，更重要的是能有效抑制牽引網(wǎng)整條線路的諧波諧振，同時可降低變流器的諧波補償容量；

(2)本發(fā)明只針對放大或諧振的諧波頻率產(chǎn)生相應(yīng)阻尼，吸收該線路的諧波反射波，系統(tǒng)不對所有諧波都產(chǎn)生阻尼，故運行損耗??；另外，由于牽引網(wǎng)條件千差萬別，到底需要多大的阻尼才能不致使諧波放大事先并不知曉(或者實際情況與理論計算值相差較大)，本發(fā)明采用諧波導(dǎo)納自動調(diào)整策略，控制器將自動尋找合適的諧波阻尼。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電鐵統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器牽引網(wǎng)諧波諧振自動抑制方法系統(tǒng)拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明控制框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1和圖2所示，pfc1采用單相變流器背靠背結(jié)構(gòu)分別與α、β相牽引網(wǎng)4、5相連。很多情況下牽引變壓器6的二次側(cè)出口都掛接有無源濾波器4、5。電鐵統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的牽引網(wǎng)諧波諧振自動抑制方法主要分為：低次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊7、高次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊8、導(dǎo)納匹配自調(diào)整模塊9，變流器電流控制模塊10，共四部分。

低次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊7檢測牽引網(wǎng)k相饋線電壓vfk，通過分別在3、5、7、9次諧振頻率下調(diào)諧的帶通濾波器(m＝3、5、7、9，ωc取5～15rad/s)篩選出vfk中的3、5、7、9次諧波電壓vf3k、vf5k、vf7k、vf9k，將其分別乘以各個次諧波下的導(dǎo)納系數(shù)k3、k5、k7、k9，得到變流器的各低次諧波補償電流ic3k、ic5k、ic7k、ic9k，將它們相加得到總低次諧波補償電流iclk，(k為α或β)。

高次諧波電壓檢測及導(dǎo)納生成模塊8檢測牽引網(wǎng)k相饋線電壓vfk，一方面將其滯后90°生成vfk的正交量vfk⊥，另一方面將其通過鎖相環(huán)pll得到電網(wǎng)的頻率信號ω1t，將得到的vfk、vfk⊥經(jīng)兩相靜止坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣將其變換至d、q坐標(biāo)系，經(jīng)高通濾波器hpf(截止頻率可設(shè)為800hz)，再經(jīng)過t^-1(ω1t)獲得饋線電壓的高頻分量vfhk、vfhk⊥，將vfhk乘以與其對應(yīng)的高頻導(dǎo)納系數(shù)kh得到變流器的高頻補償電流ichk(k為α或β)。

導(dǎo)納匹配自調(diào)整模塊9將檢測回來的各種諧波電壓平方值vfnk²與其對應(yīng)的諧波電壓總畸變率thdn^*所計算出來的諧波電壓平方值vfnk^*2(vfnk^*＝vf1k×thdn^*，vf1k為k相饋線基波電壓有效值)相減，若差值為正，控制器以每個采樣周期增量為kmaxn/(2¹⁵)向上自動調(diào)整各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，其中kmaxn為上限飽和值，具體實施時，n次諧波導(dǎo)納系數(shù)未達(dá)到與之對應(yīng)的kmaxn(例如，kmaxn一般略大于線路該次諧波頻率下的特征導(dǎo)納)即獲得了較好諧振抑制效果，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下可適當(dāng)減小該上限飽和值，反之，則需增大；若差值為負(fù)，則以同樣的增量向下調(diào)整各次諧波電壓分量的導(dǎo)納值，0為其下限飽和值，最后需將調(diào)整后的各個導(dǎo)納系數(shù)分配至各次諧波篩選回路(k為α或β；n＝3、5、7、9、h)。

變流器電流控制模塊10，將k相低頻和高頻補償電流iclk、ichk合成為變流器補償信號參考值ick^*，將ick^*與實際檢測回來的補償電流ick作差，經(jīng)比例控制器k，再加上電壓前饋回路vfk，形成調(diào)制信號vck^*，將其與三角載波信號比較即形成pwm波信號，發(fā)送至k相的變流器(k為α或β)。