[發(fā)明專利]一種同相供電裝置的基波控制和諧波補(bǔ)償方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110929979.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113726191A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高洪;劉剛;陳旭東;孫健;黃輝;許恩澤;趙小虎;翟超;劉毓聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許繼集團(tuán)有限公司;許繼電氣股份有限公司;西安許繼電力電子技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M5/458
• 分類號(hào): H02M5/458;H02M1/12;H02J3/01
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489
• 代理人: 張吉和

本發(fā)明涉及一種同相供電裝置的基波控制和諧波補(bǔ)償方法及裝置，利用各功率模塊生成的基波調(diào)制波疊加中央控制器生成的諧波調(diào)制波形成總調(diào)制波以實(shí)現(xiàn)基波控制、諧波控制和補(bǔ)償；在諧波調(diào)制波的生成過(guò)程中采用了并聯(lián)側(cè)諧波電流指令動(dòng)態(tài)限幅處理，可以根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)電壓和模塊直流母線電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整電流限幅值，在保證調(diào)制度不飽和的前提下最大限度地提供諧波補(bǔ)償能力；對(duì)生成的總調(diào)制波進(jìn)行濾波處理，使中低頻段具有高增益零偏移特征，以保證系統(tǒng)的精度，在高頻段具有較強(qiáng)的衰減，避免相位偏差導(dǎo)致的對(duì)中高次諧波形成反調(diào)導(dǎo)致系統(tǒng)諧振，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案，具有更高次的諧波控制能力和更快速更可靠的基波控制特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同相供電裝置的基波控制和諧波補(bǔ)償方法及裝置。

背景技術(shù)

電氣化鐵路不僅運(yùn)輸能力強(qiáng)，而且可以減少鐵路對(duì)石油資源的依賴，有助于碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還能夠減少機(jī)車維護(hù)工作量，延長(zhǎng)檢修周期，降低運(yùn)營(yíng)成本。電氣化鐵路在帶來(lái)方便的同時(shí)，也因其自身結(jié)構(gòu)關(guān)系，存在電能質(zhì)量問(wèn)題和電分相問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者相繼提出了鐵路功率調(diào)節(jié)器、柔性過(guò)分相系統(tǒng)、同相供電技術(shù)等。其中同相供電技術(shù)有望從根本上解決牽引供電系統(tǒng)所面臨的一系列問(wèn)題。

同相供電技術(shù)是一種基于電力電子設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性牽引供電目標(biāo)的技術(shù)，其核心是一種采用多模塊串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的同相供電變流器，現(xiàn)有同相供電變流器主要采用背靠背混聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)級(jí)聯(lián)后經(jīng)過(guò)并網(wǎng)連接電抗接至牽引變壓器T座，另一側(cè)經(jīng)多繞組牽引匹配變壓器并聯(lián)接至牽引變壓器M座。同相供電變流器具有容量大、串并聯(lián)模塊數(shù)多、模塊IGBT開(kāi)關(guān)頻率低、控制系統(tǒng)層級(jí)多等特點(diǎn)；牽引母線具有距離長(zhǎng)，在中低頻率呈現(xiàn)阻容特性的特點(diǎn)；電力機(jī)車表現(xiàn)為非線性負(fù)荷，機(jī)車變流器會(huì)產(chǎn)生中低頻率諧波。同相供電系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，對(duì)同相供電裝置并聯(lián)側(cè)的基波控制、諧波補(bǔ)償以及諧振抑制能力提出了很高的要求。

同相供電變流器是一種單相變流器，目前通常采用的基波控制和諧波補(bǔ)償方案為準(zhǔn)比例諧振控制(準(zhǔn)PR控制)，該控制方案通過(guò)模塊并聯(lián)側(cè)控制器實(shí)現(xiàn)，在諧振點(diǎn)附近具有很高的增益，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸入的無(wú)靜差控制。該方案簡(jiǎn)單可靠，對(duì)低頻交流的控制效果較好。

現(xiàn)有技術(shù)方案雖然具備基波控制和一定的諧波補(bǔ)償能力，但也存在明顯的缺陷。其一，由于在實(shí)際裝置中，DSP離散的步長(zhǎng)一般為百微秒級(jí)，信號(hào)離散化會(huì)引入一定的誤差，考慮離散誤差后會(huì)出現(xiàn)諧振點(diǎn)偏移的情況，且頻率越高諧振點(diǎn)偏移越嚴(yán)重，實(shí)際使用時(shí)需要對(duì)各次諧振頻率進(jìn)行修正，且每次諧波需要一個(gè)單獨(dú)的準(zhǔn)PR控制器，控制器資源占用較多。其二，考慮到一般開(kāi)關(guān)頻率在補(bǔ)償諧波頻率11倍以上的可以得到較好的效果，在5倍以下的效果不明顯，根據(jù)工程實(shí)際，單個(gè)模塊并聯(lián)側(cè)開(kāi)關(guān)頻率通常在1kHz至2kHz，因此基于模塊并聯(lián)側(cè)控制器實(shí)現(xiàn)的諧波補(bǔ)償次數(shù)十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種同相供電裝置的基波控制和諧波補(bǔ)償方法及裝置，利用各功率模塊生成的基波調(diào)制波疊加中央控制器生成的諧波調(diào)制波實(shí)現(xiàn)基波控制、諧波控制和補(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)基波控制的無(wú)靜差和快速響應(yīng)特性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中低頻諧波的有效控制。

為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種同相供電裝置的基波控制和諧波補(bǔ)償方法，所述同相供電裝置包括多個(gè)輸入側(cè)并聯(lián)輸出側(cè)級(jí)聯(lián)的功率模塊，各功率模塊的輸入側(cè)連接變壓器；每個(gè)功率模塊包括通過(guò)直流母線連接的并聯(lián)側(cè)功率單元和級(jí)聯(lián)側(cè)功率單元，包括步驟：

獲取各并聯(lián)側(cè)功率單元的直流母線電壓U_dc和交流橋口電流i_{Par_L}，根據(jù)該電壓和電流量以及控制指令，經(jīng)控制處理得到各并聯(lián)側(cè)功率單元的基波調(diào)制波m_Fund；

獲取負(fù)載電流i_Load、變壓器原邊的高壓側(cè)電流i_{Par_H}和電壓u_{Par_H}，并根據(jù)該電流和電壓量經(jīng)控制處理得到諧波調(diào)制波m_Harm；