能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置，该控制方法包括：当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；根据所述同步相位角，从能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。该控制方法无需再单独设电容器补偿装置等无源滤波电路，使供电系统的可靠性和安全性得以提高。既可起到治理的作用，又可达到增效的目的。

Control method and control device of energy-fed traction power supply

The invention discloses a control method and a control device of an energy-fed traction power supply. The control method includes: when regenerative braking energy in the DC traction network feeds back to the AC network, the synchronous phase angle of the fundamental voltage component of the AC network voltage is obtained; according to the synchronous phase angle, the synchronous phase angle is extracted from the AC current output from the original side of the energy-fed transformer respectively. At least one harmonic current equal to at least one specified harmonic number; at least one harmonic current is tracked separately to generate at least one compensation reference voltage; and the harmonic of the specified number of times in the AC current output from the primary side of the energy-fed transformer is compensated based on the at least one compensation reference voltage. This control method can improve the reliability and safety of the power supply system without the need of passive filter circuit such as capacitor compensation device. It can not only play the role of governance, but also achieve the purpose of increasing efficiency.

【技术实现步骤摘要】
能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置
本专利技术属于轨道交通
，尤其涉及一种能馈式牵引供电电源的控制方法及控制装置。
技术介绍
在城市轨道交通牵引供电系统中，能馈式牵引供电电源装置不仅能够将直流侧能量反馈回交流电网，实现列车再生制动能量回馈功能，确保列车再生制动能力的发挥，起到显著的节能效果。同时还能辅助进行牵引整流供电，减小直流网压波动，提高供电稳定性。因此，能馈式牵引供电装置作为一种功能性节能设备，对于提高牵引供电品质，确保列车牵引、制动能力的有效发挥，具有重要意义。在使用能馈式牵引供电电源装置获得了上述有益效果的同时，也带来一些新的电能质量问题。现有技术一般采用大功率四象限变流技术(PWM整流技术)，变流器交流侧谐波频谱分布宽，当牵引网参数满足一定条件时可能将某些次数的谐波放大，甚至跟交流电网发生谐振，导致变电所RC回路电阻烧损，对城市轨道交通运输的正常秩序以及电力电网的安全运行带来了隐患。目前，城市轨道交通牵引供电系统谐波的治理方案主要是在变电所加装无源滤波装置来进行集中治理。但一方面，无源滤波装置的占地面积大、噪音高、系统设计复杂、一次性投入成本高，同时增加了变电所值守人员的工作量。另一方面，不同区间变电所的电网谐波特性不一样，导致电网与能馈变流器发生谐振的频率也会不一样，因而还需重新配置无源滤波器的参数，这使得滤波器的器件选型不能统一，不便于能馈式牵引供电电源装置的大规模推广。综上，亟需一种可根据电网实际需求进行灵活配置的能馈式牵引供电电源以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种可根据电网实际需求进行灵活配置的能馈式牵引供电电源。为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种能馈式牵引供电电源的控制方法，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制方法包括：当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。优选地，所述获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角，包括：根据所述基波电压分量的角频率设置锁相环的振荡频率；获取所述交流电网电压的同步电压信号；利用锁相环处理所述同步电压信号，以得到所述基波电压分量的同步相位角。优选地，所述根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流，包括：滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；利用所述倍频相位角的正弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；利用所述倍频相位角的余弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。优选地，所述分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压，包括：利用比较器分别将所述至少一个谐波电流与设定的基准电流0相比较，以得到与所述谐波电流幅值相等且相位相反的差值电流；利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理，以生成相应的至少一个补偿参考电压。优选地，在利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理之前，根据与对应于所述指定的谐波次数的所述能馈变压器副边的等效漏电抗设定所述比例谐振调节器的比例系数。优选地，所述基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿，包括：将所述至少一个补偿参考电压与基波参考电压相叠加；对叠加得到的总电压进行调制以得到PWM电压信号；基于所述PWM电压信号对能馈变流器进行控制，以在所述能馈变压器的副边产生PWM输出电压，所述PWM输出电压在所述能馈变压器的原边处产生谐波补偿电流，以对所述能馈变压器输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。优选地，所述至少一个指定的谐波次数包括5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波和开关频率附近的高次谐波中的一种或几种。优选地，所述控制方法还包括：当所述直流牵引网空载时，通过对能馈变流器原边的无功功率进行PI闭环控制，来补偿直流牵引网空载时系统的无功功率损耗。本申请的实施例还提供了一种能馈式牵引供电电源的控制装置，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制装置包括：至少一个相位采集模块，其配置为当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；至少一个电流提取模块，其配置为根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；至少一个补偿量生成模块，其配置为分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；一个叠加补偿模块，其配置为基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。优选地，所述电流提取模块包括：带阻滤波器，其用于滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；倍频相位角设定单元，其用于根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；第一倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的正弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；第二倍频放大单元，其用于将所述各次谐波电流分量的和与所述倍频相位角的余弦相乘，及将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；第一低通滤波器，其用于对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；第二低通滤波器，其用于对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；合成单元，其用于根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：通过对能馈变压器原边输出的谐波电流进行跟踪控制，以产生与谐波电流幅值相等、相位相反的补偿电流，来抵消牵引网上相应次数的谐波电流。无需再单独设电容器补偿装置等无源滤波电路，使供电系统的可靠性和安全性得以提高。既可起到治理的作用，又可达到增效的目的。本专利技术的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能馈式牵引供电电源的控制方法，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制方法包括：当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种能馈式牵引供电电源的控制方法，所述能馈式牵引供电电源包括能馈变压器以及与所述能馈变压器串联的能馈变流器，所述能馈变压器与交流电网相连接，所述能馈变流器与直流牵引网相连接，所述控制方法包括：当发生直流牵引网中的再生制动能量向交流电网的回馈时，获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角；根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流；分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压；基于所述至少一个补偿参考电压对所述能馈变压器原边输出的交流电流中的指定次数的谐波进行补偿。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述交流电网电压的基波电压分量的同步相位角，包括：根据所述基波电压分量的角频率设置锁相环的振荡频率；获取所述交流电网电压的同步电压信号；利用锁相环处理所述同步电压信号，以得到所述基波电压分量的同步相位角。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述同步相位角，从所述能馈变压器原边输出的交流电流中分别提取与至少一个指定的谐波次数相等的至少一个谐波电流，包括：滤除所述交流电流中的基波电流分量，以得到各次谐波电流分量的和；根据所述同步相位角以及所述指定的谐波次数，获取倍频相位角；利用所述倍频相位角的正弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第一倍频分量；利用所述倍频相位角的余弦，对所述各次谐波电流分量的和进行倍频，并将其幅值增大为原幅值的2倍，以得到第二倍频分量；对所述第一倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的正弦分量的幅值；对所述第二倍频分量进行滤波，以得到与指定的谐波次数相等的谐波电流的余弦分量的幅值；根据所述正弦分量的幅值与所述余弦分量的幅值计算得到所述谐波电流。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述分别对所述至少一个谐波电流进行跟踪，以生成相应的至少一个补偿参考电压，包括：利用比较器分别将所述至少一个谐波电流与设定的基准电流0相比较，以得到与所述谐波电流幅值相等且相位相反的差值电流；利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理，以生成相应的至少一个补偿参考电压。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：在利用比例谐振调节器对所述差值电流进行处理之前，根据与对应于所述指定的谐波次数的所述能馈变压器副边的等效漏电抗设定所述比例谐振调节器的比例系数。6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述至少一个补偿参考电压对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，罗文广，孙璐，苏亮亮，吴奕，刘勇，张志学，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43