应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，包括主电路和控制电路，所述控制电路包括DSP控制模块，所述DSP控制模块包括改进型谐波抑制控制结构，该改进型谐波抑制控制结构包括：基波控制器，以参考信号与反馈信号的差值作为输入，所述反馈信号为从主电路采集的逆变器输出电流；谐波控制器，设置有多个，与所述基波控制器分离设置，以反馈信号作为输入；耦合控制器，分别连接基波控制器和谐波控制器，根据基波控制器和谐波控制器的输出及扰动生成输出控制信号。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有能够最大化程度治理电气化铁路牵引供电电网谐波及无功补偿等优点。

【技术实现步骤摘要】
应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置
本技术属于电气化铁路领域，涉及一种谐波控制装置，尤其是涉及一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置。
技术介绍
电气化铁路牵引供电网的供电可靠和安全性是电力机车安全、可靠、经济运行的重要保障。而电力机车作为一种特殊的电力负荷，其采用单相供电方式，在未采取补偿措施时不可避免地向上级电力系统注入负序电流；由于电力机车负荷为整流驱动和具有随机性，同时带来了无功、谐波、电压波动等电能质量问题严重恶化了牵引供电网及其上级电力系统的电能质量。其中，负序电流增大同步电机的附加损耗、降低变压器出力、引起继电保护装置误动等；谐波电流引起发电机、变压器、输电线路附加损耗，并可能产生谐波放大烧毁电力设备；无功功率不足增加输电线路损耗，降低电压水平，给电力系统和牵引网的安全可靠供电带来了挑战。因此，必须采取有效的治理措施，对牵引供电网的电能质量进行控制，使其处于允许范围内，以保证电力系统和牵引网安全可靠供电。目前国内外提出的电气化铁路负序、谐波和无功综合补偿方法可以分为主动治理和被动治理两类。主动治理方法主要有：(1)规划时增大牵引网容量，提高牵引网电能质量问题容忍能力；(2)牵引变电所进线换相接入，可明显降低因牵引网单相供电产生的负序；(3)采用平衡牵引变压器降低负序；(4)采用交直交型电力机车，可有效降低机车谐波含量，且功率因数接近1，但不能解决负序问题。被动治理方法主要有：(1)无源补偿器，主要是静止无功补偿器(StaticVarCompensator，SVC)；(2)有源补偿器，主要有单相接入的有源电力滤波器(ActivePowerFilter，APF)、三相接入的静止同步补偿器(StaticCompensator，STATCOM)、两相接入的铁路功率调节器(RailwayPowerConditioner，负序动态调节装置)及各种变型结构。但是这些方式或技术只能部分改善电能质量，无法有效解决电气化铁路中严重存在的负序问题。基于上述原因和现有市场产品的缺陷和不足，学者及企业开始研究电气化铁路电能治理调节装置，它具有有功电流转移、无功补偿、稳定牵引网电压和滤波谐波等功能，取代目前市场产品及技术。但该装置的难点是选择合理的电流环参数，尤其是当牵引电网存在谐波时，电流环比例参数变换带宽的大小将受影响，较大的带宽可以实现对谐波分量的抑制，但参考指令中将含有一定的谐波分量，一定程度上会恶化系统的控制效果，可是带宽的减小必然会造成响应速度的变慢等问题，本专利将实现参数选择带宽与谐波治理效果的优化。传统方法是采用多PI控制策略，建立多个同步旋转坐标系对各次谐波分量进行单独控制，这需要大量的谐波分解、滤波器设计和坐标变换；还有采用比例-积分-谐振(PIR)控制策略，通过在PI控制器上添加比例谐振控制器(PR)实现对谐波抑制。但在实际设计应用中发现PIR与PR控制器存在两个问题：①比例项的存在将控制器整个频段的增益都提高，很难实现对谐波分量的抑制。②控制器的谐振部分都是由一阶分子和二阶分母组成，无法实现谐振点处的闭环传递函数零相位响应，不利于对谐波分量的抑制。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，包括主电路和控制电路，所述控制电路包括DSP控制模块，所述DSP控制模块根据采集的电网信号产生相应的PWM脉冲，控制主电路进行无功与谐波补偿，所述DSP控制模块包括改进型谐波抑制控制结构，该改进型谐波抑制控制结构包括基波控制器、谐波控制器和耦合控制器，所述谐波控制器设置有多个，与所述基波控制器分离设置，所述耦合控制器分别连接基波控制器和谐波控制器。所述耦合控制器还连接有扰动输入端。所述主电路包括VV变压器、降压变压器、第一PWM变换器和第二PWM变换器，所述VV变压器分别连接三相高压电源和电力机车，所述降压变压器设有两个，其中一个分别连接电力机车的一供电臂和第一PWM变换器，另一个分别连接电力机车的另一供电臂和第二PWM变换器，所述第一PWM变换器和第二PWM变换器通过一直流电容串联，所述第一PWM变换器和第二PWM变换器分别与DSP控制模块连接。所述控制电路还包括分别与DSP控制模块连接的电压电流采样电路、驱动电路、显示输入电路和保护电路，所述DSP控制模块为DSP芯片，所述改进型谐波抑制控制结构集成于DSP芯片中，所述驱动电路与主电路连接。所述DSP芯片为DSP28335集成控制板。所述DSP芯片通过通讯模块连接有上位机。所述通讯模块为隔离型RS-485全双工收发器。所述驱动电路为DR-POW2驱动芯片。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)本技术对基波控制器和谐波控制器进行分离设置，对各次谐波分量进行单独控制，基波控制器的输入为参考量与反馈量的差值，谐波控制器的输入只有反馈信号，且省去QPR控制器的比例项，在谐振部分增加零点，不仅能够最大化程度治理电气化铁路牵引供电电网谐波及无功补偿，还可以使得控制策略及结构设计达到简化，减少计算量。2)本技术的主电路主要由两个单相降压变压器、两个电压源型变流器(PWM)组成背靠背的四象限运行结构，直流侧共用电容，交流侧分接于牵引变电所两供电臂，具有有功电流转移、无功补偿、稳定牵引网电压和滤波高次谐波等功能。3)本技术DSP控制模块的硬件设计中，DSP芯片采用DSP28335集成控制板，集成了众多接口，简化了外围电路的设计；通讯模块采用隔离型RS-485全双工收发器，将隔离通道与收发器集成在一个芯片上，省去了中间额外的设计环节并缩小体积；驱动电路采用DR-POW2驱动芯片，具有电隔离功能，可以实现主电路中两个互补的IGBT管的驱动。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术控制电路的硬件总体设计图；图3为隔离型RS-485全双工收发器ISO3082的电路示意图；图4为DR-POW2驱动芯片的电路示意图；图5为本技术的负序补偿矢量原理图；图6为本技术改进型控制器与传统QPR控制器的开环伯德图比较；图7为本技术改进型谐波抑制控制结构的框图；图8为参考信号对输出的闭环伯德图；图9为采用传统谐波消除技术后电气化铁路电能治理调节装置输出电流谐波频谱；图10为采用改进型谐波消除技术后电气化铁路电能治理调节装置输出电流谐波频谱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例提供一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，包括主电路和控制电路，如图1所示。其中，主电路包括VV变压器、降压变压器、第一PWM变换器和第二PWM变换器，VV变压器分别连接三相高压电源和电力机车，降压变压器设有两个，其中一个分别连接电力机车的一供电臂和第一PWM变换器，另一个分别连接电力机车的另一供电臂和第二PWM变换器，第一PWM变换器和第二PWM变换器通过一直流电容串联，第一PWM变换器和第二PWM变换器分别与DSP控制模块连接。第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，包括主电路和控制电路，所述控制电路包括DSP控制模块，所述DSP控制模块根据采集的电网信号产生相应的PWM脉冲，控制主电路进行无功与谐波补偿，其特征在于，所述DSP控制模块包括改进型谐波抑制控制结构，该改进型谐波抑制控制结构包括基波控制器、谐波控制器和耦合控制器，所述谐波控制器设置有多个，与所述基波控制器分离设置，所述耦合控制器分别连接基波控制器和谐波控制器。

【技术特征摘要】
1.一种应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，包括主电路和控制电路，所述控制电路包括DSP控制模块，所述DSP控制模块根据采集的电网信号产生相应的PWM脉冲，控制主电路进行无功与谐波补偿，其特征在于，所述DSP控制模块包括改进型谐波抑制控制结构，该改进型谐波抑制控制结构包括基波控制器、谐波控制器和耦合控制器，所述谐波控制器设置有多个，与所述基波控制器分离设置，所述耦合控制器分别连接基波控制器和谐波控制器。2.根据权利要求1所述的应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，其特征在于，所述耦合控制器还连接有扰动输入端。3.根据权利要求1所述的应用于电气化铁路电能治理的谐波控制装置，其特征在于，所述主电路包括VV变压器、降压变压器、第一PWM变换器和第二PWM变换器，所述VV变压器分别连接三相高压电源和电力机车，所述降压变压器设有两个，其中一个分别连接电力机车的一供电臂和第一PWM变换器，另一个分别连接电力机车的另一供电臂和第二PWM变换器，所述第一P...

【专利技术属性】
技术研发人员：江友华，江相伟，刘雪莹，陈博，王文吉，邹明强，吴琪娜，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：新型
国别省市：上海,31