[發(fā)明專利]一種電氣化鐵路諧振阻抗重塑裝置及控制策略

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310001152.2
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116054196A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘帆;解紹鋒;何培祥;次凱旋;李群湛;黃小紅;易東;郭鍇
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/01;H02H9/04
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發(fā)明公開了一種電氣化鐵路諧振阻抗重塑裝置及控制策略，涉及電氣化鐵路牽引供電技術(shù)領(lǐng)域。諧振阻抗重塑裝置由級聯(lián)H橋型變流器CHC、電抗器L以及測控裝置MCD組成。級聯(lián)H橋型變流器CHC經(jīng)電抗器L與牽引變電所TS二次側(cè)的接觸線T上任意位置相連；測控裝置MCD將測量到的級聯(lián)H橋型變流器CHC的直流側(cè)電壓、牽引網(wǎng)電壓和級聯(lián)H橋型變流器CHC的交流側(cè)電流送入控制器CD中，控制器CD將輸出信號送入級聯(lián)H橋型變流器CHC來對牽引網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時控制，形成虛擬電阻來重塑電氣化鐵路諧振頻率下的阻抗，達(dá)到避免由電力機(jī)車EL產(chǎn)生的諧波電流引起諧振過電壓的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于虛擬電阻的電氣化鐵路諧振阻抗重塑裝置及控制策略。

背景技術(shù)

由于電力機(jī)車空間有限，一般不會在機(jī)車上安裝濾波裝置，因此電力機(jī)車在運(yùn)行時就不可避免的向系統(tǒng)中注入諧波電流，目前電力機(jī)車以交直型和交直交型為主，交直型機(jī)車主要產(chǎn)生3、5、7等低次諧波，交直交型機(jī)車主要產(chǎn)生50次甚至100次左右的高次諧波，而當(dāng)諧波電流與電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的既有諧振點(diǎn)匹配時，將會發(fā)生諧振過電壓現(xiàn)象，往往會造成接觸網(wǎng)或車頂避雷器燒毀炸裂，牽引變電所照明電器燒損，給行車安全帶來嚴(yán)重威脅。目前針對諧振抑制的研究中，國內(nèi)外學(xué)者提出了以無源濾波器和有源濾波器為主的電氣化鐵路諧振抑制措施，都是從濾除諧波電流出發(fā)，一旦諧振頻率處的諧波電流沒有完全濾除，也將不可避免地引起諧振過電壓，若牽引供電系統(tǒng)的既有諧振點(diǎn)消失，則任何頻率下的諧波電流都無法導(dǎo)致諧振事故的發(fā)生，因此本發(fā)明從改變牽引供電系統(tǒng)的阻抗頻率特性出發(fā)，通過在諧振頻率下引入虛擬阻抗，改變電氣化鐵路系統(tǒng)的阻抗使既有諧振點(diǎn)消失以達(dá)到避免諧振事故發(fā)生的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路諧振阻抗重塑裝置及控制策略，它能有效地解決諧振過電壓現(xiàn)象發(fā)生的技術(shù)問題。

本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種電氣化鐵路諧振阻抗重塑裝置，包括級聯(lián)H橋型變流器CHC、電抗器L以及測控裝置MCD；級聯(lián)H橋型變流器CHC經(jīng)電抗器L與牽引變電所TS二次側(cè)的接觸線T上任意位置相連；測控裝置MCD的測量端分別與級聯(lián)H橋型變流器CHC的直流側(cè)電容的電壓端、牽引網(wǎng)電壓端和級聯(lián)H橋型變流器CHC的交流側(cè)電流端相連，測控裝置MCD測量到的電壓、電流信號送入控制器CD中，控制器CD的輸出信號接入級聯(lián)H橋型變流器CHC，用來對由于電力機(jī)車EL產(chǎn)生的諧波電流引起的牽引網(wǎng)諧振過電壓進(jìn)行實(shí)時控制；所述級聯(lián)H橋型變流器CHC包括n個單相H橋型變流器HC構(gòu)成，n的大小由絕緣柵雙極型晶體管的電壓等級和電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式?jīng)Q定，每一個H橋為一個單元，單元之間進(jìn)行級聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)高電壓和多電平輸出。

所述的諧振阻抗重塑裝置適用于直接供電方式、AT供電方式或任意供電方式下的電氣化鐵路。

通過諧振阻抗重塑裝置形成虛擬電阻并聯(lián)在牽引網(wǎng)上，以改變電氣化鐵路既有諧振頻率下的阻抗；并利用測控裝置MCD對牽引網(wǎng)電壓和級聯(lián)H橋型變流器CHC的交流側(cè)電流信號進(jìn)行采集，通過分層控制策略使得電氣化鐵路避免諧振過電壓事故的發(fā)生，其中控制策略包括三層控制模式，第一層控制模式為全局直流電壓控制，第二層控制模式為牽引網(wǎng)諧波電壓控制，第三層控制模式為直流電壓均衡控制；所述的第一層全局直流電壓控制是將各個單元的直流側(cè)電容的電壓求均值后與直流側(cè)電容的電壓參考值作差，經(jīng)比例積分控制器調(diào)節(jié)后與牽引網(wǎng)電壓的單位正弦量相乘獲得級聯(lián)H橋型變流器CHC交流側(cè)有功電流的參考值。