[實用新型]一種抑制磁浮牽引供電系統振蕩的自適應阻抗適配器

有效

• 申請號: 202021304032.8
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN212875401U
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李魯陽;韋克康;張艷清;楊鑫;馬遜;季旭;陳松
• 申請（專利權）人: 中國航天科工飛航技術研究院（中國航天海鷹機電技術研究院）
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;B60L13/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供了一種抑制磁浮牽引供電系統振蕩的自適應阻抗適配器，包括求和單元、倍率單元、偏差計算單元、補償電流計算單元和限幅單元；求和單元用于采集兩路逆變系統實際電流信號，并對兩路實際電流信號進行求和；倍率單元用于計算兩路逆變系統實際電流信號的平均電流；偏差計算單元用于計算兩路逆變系統實際電流與平均電流的偏差分量；補償計算單元用于提取每個偏差分量的紋波分量，并將紋波分量乘以權重系數得到調節量；限幅單元用于對調節量進行限幅處理后輸出給磁懸浮牽引供電系統控制器的電流控制內環輸入端。該適配器不依賴于諧振頻率預估和檢測，具有普適性和靈活性，可批量化運用在高速磁懸浮牽引供電系統中。

技術領域

本實用新型涉及電力電子系統運行控制技術領域，尤其涉及一種用于提升高速磁懸浮列車牽引供電系統穩定性、優化系統阻抗特性的自適應阻抗適配器。

背景技術

與常規的工頻電力系統和高速輪軌鐵路供電系統有所不同，高速磁懸浮列車牽引供電系統有著分段供電、電力電子化程度高、變頻輸出的技術特征。相比而言，高速磁懸浮列車牽引供電系統有著更為惡劣的阻抗特性。隨著供電定子段的切換，高速磁懸浮列車牽引供電系統易于在多頻段誘發電壓振蕩失穩。

為了抑制系統的電壓振蕩失穩，需要在高速磁懸浮列車牽引系統中進行阻抗適配。在現有的技術方案中，系統的阻抗適配實現方式可以分為兩類，一類是基于硬件濾波的阻抗適配器；另一類是集成于逆變電源控制器內部的軟件濾波阻抗適配器，此類軟件阻抗適配器通常為基于軟件濾波的校正控制器。

基于硬件濾波器的磁懸浮牽引供電系統阻抗適配器以日本山梨磁浮試驗線為技術代表。在此類方案中，需要在牽引變流器的輸出端并入多個LC濾波器支路構成的限波器，利用LC濾波器的陷波特性分別對供電網中的各諧振頻率進行重塑，從而起到牽引供電系統阻抗適配的作用。

基于軟件濾波的供電系統阻抗適配器方案已見諸于高速輪軌鐵路、交直流混合供電系統等類似的應用場景。此類方案將軟件濾波器引入牽引供電系統的控制器中，通過削弱供電裝置對系統諧振特性的響應能力等效地提升了系統的阻抗匹配度，起到了阻抗適配的作用，從而提升了整個牽引供電系統的穩定性。該方法在高速磁懸浮牽引供電系統領域已經存在一定數量的研究文獻，但是目前為，在工程中實際應用仍存在一定的困難。

基于軟件帶通濾波器的供電系統阻抗適配器方案將供電線路的電流進行采樣后送入帶通濾波器，通過帶通濾波器對特定頻率的振蕩電流進行篩選。振蕩電流值經過一定的比例系數衰減后作為二次調節指令被引入電流負反饋控制環路中，通過供電系統控制器的電流閉環控制作用操縱供電設備對震蕩電流進行抑制。帶通濾波器的傳遞函數及參數需要通過預先研究、確定系統振蕩特性后再進行設計。

現有的供電系統阻抗適配器均基于“濾波”原理對網絡阻抗特性加以優化，僅適于特定振蕩頻率抑制、僅能夠進行定制化開發是現有阻抗適配器的普遍性缺陷。當應用于大規模牽引供電系統時，由于適配器的應用場景不具備普適性，其無法標準化、批量化生產設計的缺點成為了制約其大規模應用的主要因素。

對于基于硬件濾波的供電系統阻抗適配器而言，其在高壓、大功率的長線高速磁懸浮牽引系統中的使用存在明顯不足。首先，高速磁懸浮牽引供電系統的電壓等級和功率等級較高，為了保證系統的工作性能，需要配置耐壓等級和通流能力較強的硬件濾波設備，增加了系統的建造成本。其次，對于長線路高速磁懸浮牽引系統而言，由于系統采用分段供電的制式，每一個供電區段的線路參數不可避免的存在較大差異，所以系統在不同區段的諧振特性存在著較大的區別。這將導致牽引供電系統濾波器無法進行規格化、批量化的設計與生產。最后，硬件濾波器的設計受到濾波電容器標稱型號參數的限制，濾波器難以在全頻帶連續平滑地調節諧振點頻率并保證品質因數的一致性。