[發(fā)明專利]基于諧波功率調節(jié)的高鐵車網耦合系統低頻振蕩抑制方法

在審

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• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113629730A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉志剛;吳思奇
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/01
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

本發(fā)明公開了一種基于諧波功率調節(jié)的高鐵車網耦合系統低頻振蕩抑制方法，具體為：搭建單相級聯H橋型多電平APF變換器仿真模型；將接入牽引網的所有機車視為負載，檢測負載吸收的諧波電流，形成級聯H橋型多電平APF變換器輸出補償電流的參考值；基于電流反饋支路以及電流環(huán)PI控制器，得到級聯H橋型多電平APF變換器調制的載波信號，進而控制APF變換器輸出相應的補償電流；對級聯H橋型多電平APF直流側電壓進行均衡控制；比較級聯H橋型多電平APF接入牽引網前后車網耦合系統的低頻穩(wěn)定性。本發(fā)明可以實現對車側阻抗動態(tài)特性的優(yōu)化，其不受系統運行工況的限制，可以有效地抑制車網系統低頻振蕩，大幅度提高系統的低頻穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于高速鐵路車網耦合系統的穩(wěn)定性增強技術領域，具體涉及一種基于諧波功率調節(jié)的高鐵車網耦合系統低頻振蕩抑制方法。

背景技術

隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，“交-直-交”型動車組以及大功率電力機車高密度投入使用。電力電子器件在牽引供電系統中的滲透率越來越高，使其成為一個典型的單相電力電子化的電力系統。到目前為止，列車與牽引網間復雜的電氣耦合關系引發(fā)了一系列車網穩(wěn)定性問題，如低頻振蕩、諧波不穩(wěn)定以及諧波諧振。車網低頻振蕩現象通常發(fā)生在多車升弓整備階段，其伴隨著電壓/電流大幅度的波動，會導致大量的機車牽引封鎖無法正常運行，嚴重威脅鐵路系統的安全穩(wěn)定運行。

目前，國內外很多學者針對車網系統低頻穩(wěn)定性問題開展了相關研究，包括牽引網和機車的數學建模、車網耦合系統低頻不穩(wěn)定產生機理以及低頻振蕩抑制措施與機理研究。Y.Liao等提出低頻振蕩是由于牽引網和列車阻抗不匹配導致的。Z.Geng等通過優(yōu)化列車控制參數或列車控制策略有效地抑制了低頻振蕩現象。然而，牽引供電系統中存在大量帶有不同控制器的不同型號的列車，一種改進的控制策略難以廣泛應用于不同類型的列車以及不同的運行工況。

發(fā)明內容

這對上述問題，本發(fā)明提供一種基于諧波功率調節(jié)的高鐵車網耦合系統低頻振蕩抑制方法。

本發(fā)明的一種基于諧波功率調節(jié)的高鐵車網耦合系統低頻振蕩抑制方法，包括以下步驟：

步驟1：搭建單相級聯H橋型多電平APF變換器仿真模型，其中每個子模塊是一個單相全橋變流器。

步驟2：將接入牽引網的所有機車視為負載，檢測負載吸收的諧波電流，進而形成級聯H橋型多電平APF變換器輸出補償電流的參考值。

步驟3：基于電流反饋支路以及電流環(huán)PI控制器，得到級聯H橋型多電平APF變換器調制的載波信號，進而控制APF變換器輸出相應的補償電流。

步驟4：對級聯H橋型多電平APF直流側電壓進行均衡控制。

步驟5：比較級聯H橋型多電平APF接入牽引網前后車網耦合系統的低頻穩(wěn)定性。

進一步的，步驟2具體為：

設負載電流i_c為α軸分量，其表達式如下：

其中，n為負載電流中的諧波次數，ω為基頻角頻率，I_cn和θ_n為第n次電流的有效值以及初相位角。

將負載電流i_c作為SOGI控制器的輸入，構造負載電流的β軸分量；SOGI輸出的電流i'_cα和i'_cβ在s域的表達式如下：

其中，k_iS為SOGI的比例增益系數，H_u視為SOGI的傳遞函數；i_cβ中的各次電流的相位分別滯后i_cα中各次電流相位90°。