[發明專利]考慮供電臂電壓波動的鐵路功率調節器多目標優化方法

有效

• 申請號: 201810425389.2
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108964142B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 羅培;楊維民;馬茜
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/50;H02J3/18;H02J3/24
• 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

本發明公開了一種考慮供電臂電壓波動的鐵路功率調節器多目標優化方法，通過分析RPC補償電流加劇兩供電臂電壓波動的原因，引入了供電臂電壓波動度指標，以供電臂電壓波動度和RPC補償容量作為優化目標，提出了一種RPC多目標優化設計方法，采用粒子群多目標優化算法求系統優化的數學模型，確保在滿足各項電能質量效果的前提下，既能有效減少鐵路功率調節器的補償容量，又能盡量緩解兩供電臂的電壓波動。

技術領域

本發明涉及鐵路功率調節器，特別是一種考慮供電臂電壓波動的鐵路功率調節器多目標優化方法。

背景技術

目前，我國電氣化鐵路邁入“高速時代”，主要表現為高速和大負載，而列車的安全性、可靠性也受到了前所未有的重視。由于牽引供電系統中變壓器聯結方式和單相牽引負荷波動等原因引起的負序和電壓波動等問題給公共電網和列車的安全穩定帶來隱患。

當前，為了改善電氣化鐵路電能質量問題，國內外學者提出了多種補償裝置。將無功補償器(Static Var Compensator，SVC)、靜止無功發生器(Static Var Generator，SVG)應用到電氣化鐵路，可以抑制負序電流，但卻不能平衡兩供電臂之間的有功功率。為綜合治理牽引供電系統中的負序、無功等問題，日本學者提出了鐵路功率調節器(Railway StaticPower Conditioner,RPC)，表現出良好的應用前景。文獻“新型電氣化鐵路電能質量管理系統”研究了RPC的控制策略，采用完全補償的方式對牽引供電系統進行補償，能使三相電網側的負序電流接近0，功率達到1。

文獻“鐵路電能質量控制系統容量優化設計”提出將鐵路功率調節器(RPC)的補償容量最小作為目標函數，以電能質量參數為約束條件，以容量優化補償系數為決策變量，采用微分進化算法(DE)得到了補償系數的全局最優解和補償容量的目標最小值。通過采用單目標優化補償的方式對牽引供電系統進行補償，可以在滿足各項電能質量指標的前提下，能減小RPC的補償容量。

以上方法存在以下缺陷：

1.鐵路功率調節器(RPC)采用完全補償方式時，因為補償電流較大，造成其兩供電臂電壓波動大，且所需的補償容量大，成本高，影響其推廣應用。

2.鐵路功率調節器(RPC)采用單目標優化補償方式時，能降低RPC的補償容量，因為沒有考慮補償電流對兩供電臂電壓的影響，所以兩供電臂存在較大的電壓波動。補償電流對供電臂電壓的影響過程如下：

圖1為補償前的系統向量圖。圖1中，以V/v變壓器一次側相電壓為參考，分別為α、β兩供電臂的電壓，分別為α、β兩供電臂的電流，分別為α、β兩供電臂的負載電流，θ_α，θ_β為兩供電臂的功率因數角。不妨設補償前，以α供電臂為例，將α臂電流在供電臂電壓方向分解成有功分量和無功分量有功電流分量在V/v變壓器繞阻的電阻分量R_α上會形成壓降，用表示，方向與相同。同樣，無功電流分量在V/v變壓器繞阻的電感分量L_α上也會形成壓降，用表示，因為電感電壓超前電流90°，所以的方向與相同。在電壓分量和的共同作用下，形成α臂的電壓波動，用表示，此時α供電臂的端口電壓為因此α供電臂端口處于欠壓狀態。同理，β供電臂同樣存在電壓分量與β臂的電壓波動用表示，方向與相同，此時β供電臂的端口電壓為因此β供電臂端口處于欠壓狀態。