[發(fā)明專利]一種混合多端口鐵路功率變換器及其功率協(xié)調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810337304.5
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108418231B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬伏軍;劉一鋒;朱真;汪鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/16
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發(fā)明公開了一種混合多端口鐵路功率變換器及其功率協(xié)調(diào)控制方法，首先根據(jù)新能源提供的功率和負載功率，計算得到鐵路功率調(diào)節(jié)器需要補償?shù)墓β?，使三相牽引網(wǎng)達到有功平衡；其次，前級背靠背PWM整流器采用改進型虛擬同步機控制，實現(xiàn)負序、無功的補償，穩(wěn)定高壓側(cè)串聯(lián)直流電壓，同時可以抑制電網(wǎng)電壓波動，提高牽引網(wǎng)供電可靠性；最后，中間級DC/DC變換器采用穩(wěn)定低壓母線電壓，同時控制高壓串聯(lián)端的電壓和功率平衡，并根據(jù)小信號模型引入變參數(shù)控制，增強控制系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高控制參數(shù)的適應性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣化鐵路技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種混合多端口鐵路功率變換器及其功率協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)

近年來，中國鐵路取得了長足進步，我國已成為世界上高速鐵路運營里程最長、在建規(guī)模最大的國家，而我國“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)都基本全部貫通，高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)初具規(guī)模。隨之而來是電氣化鐵路中的負序問題變得日益突出。鐵路功率調(diào)節(jié)器(RPC)在抑制牽引變供電系統(tǒng)的電壓波動和三相電壓不平衡，補償諧波和牽引網(wǎng)電壓過低等電能質(zhì)量問題的效果顯著，是一種有效的綜合治理手段。隨著我國太陽能、風能等新能源發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)和發(fā)展，且其主要分布在大西北地區(qū)，使得目前新能源發(fā)電功率的外送和消納不夠方便和快捷，大量分布式新能源系統(tǒng)的并網(wǎng)和消納問題已嚴重凸顯。然而隨著我國高速鐵路牽引網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展，遍及全國各省各市、以及某些偏遠山區(qū)，網(wǎng)絡(luò)四通八達，負荷有功需求日益增大。為了緩和新能源發(fā)電系統(tǒng)和高耗能鐵路系統(tǒng)之間的矛盾，研究適應于新能源接入的鐵路功率調(diào)節(jié)器及其控制方法顯得日益重要。

鐵路功率調(diào)節(jié)器(RPC)最早是在1993年由日本學者提出的。目前，為了提高補償容量，提出了鐵路功率調(diào)節(jié)器多重化和基于模塊化多電平變換器的結(jié)構(gòu)，但是這些鐵路功率調(diào)節(jié)器或變換器，雖然能實現(xiàn)兩個牽引臂的大容量有功轉(zhuǎn)移、無功和負序補償，但是沒能實現(xiàn)大規(guī)模新能源的高效集中接入及其能量管理協(xié)調(diào)控制，對抑制電網(wǎng)電壓波動考慮不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種混合多端口鐵路功率變換器及其功率協(xié)調(diào)控制方法，實現(xiàn)新能源的就地接入和消納，緩解供需矛盾，同時實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的電能質(zhì)量的綜合補償和能量管理。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種混合多端口鐵路功率變換器，其包括兩個多繞組變壓器和適應于新能源接入的多個功率單元模塊；每個多繞組變壓器的原邊均連接兩牽引供電臂，副邊分別連接功率單元模塊；每個功率單元模塊由前級背靠背H橋式PWM整流器、中間級隔離型DC/DC變換器和后級低壓直流微網(wǎng)組成；中間級隔離型DC/DC變換器包括多個單相隔離型DC/DC變換器，所述多個單相隔離型DC/DC變換器高壓側(cè)電容相互串聯(lián)后與單個背靠背H橋式PWM整流器模塊的直流母線相連，所述多個單相隔離型DC/DC變換器低壓側(cè)電容相互并聯(lián)，再連接后級直流微網(wǎng)；所述的功率協(xié)調(diào)控制方法包括：

1)檢測兩相負載電流i_Lj和每個功率單元模塊的背靠背H橋式PWM整流器的輸出電流i_cjx、輸出電壓u_cjx，其中j＝a，b，x＝1～N，N表示功率單元模塊數(shù)；

2)利用步驟1)檢測的數(shù)據(jù)，計算得出鐵路功率調(diào)節(jié)器每個功率單元模塊a、b相實際輸出的有功功率P_jx、無功功率Q_jx和負載的有功功率P_Lj，并根據(jù)新能源的輸入功率P_in，進行功率的計算和分配，得到鐵路功率調(diào)節(jié)器a、b相期望補償?shù)挠泄β屎蜔o功功率

3)檢測每個功率單元模塊背靠背H橋式PWM整流器的直流母線電壓u_dcx；