一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，包括：连接在两供电臂之间的铁路功率调节器通过改进滑模控制策略控制两供电臂负荷电压；根据两供电臂负荷电流的瞬时值利用小波变换和单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位，基于瞬时无功功率理论得到两供电臂负荷电流的有效值；根据所述两供电臂负荷电流的相位和有效值得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，进而得到两变流器的参考指令电流；通过改进滑模策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。本发明专利技术提供的方法实现了对铁路功率调节器补偿电流的精确跟踪，减小谐波和负序电流的影响，显著改善了V/v牵引供电系统的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法
本专利技术属于电气化铁路
，更具体地，涉及一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法。
技术介绍
随着电气化铁路的迅速发展，我国铁路运营中投入了大量的交-直型电力机车。而电力机车属于大功率、非线性的单相负荷，在运行中因其自身特性会产生大量的负序和谐波电流，且功率因数低，大大降低了电力系统的电能质量和安全稳定性，甚至会导致临近的电力系统装置误操作，严重影响电力系统的可靠运行。因此，必须采取有效的措施对牵引供电系统的电能质量进行治理。日本学者于1993年首先提出采用铁路功率调节器(RPC，RailwaystaticPowerConditioner)对牵引供电系统的电能质量进行治理，相比其他补偿装置，RPC具有通用性好、补偿效果佳等综合优势，应用前景广阔，现已成为国内外相关学者关注和研究的热点。已有文献为解决高速铁路牵引供电系统的电能质量问题，对RPC的基本结构和补偿原理进行了详细的分析，并提出了V/v变压器下负序和谐波补偿电流检测方法，最后采用滞环控制实现对补偿电流的跟踪，但由于滞环控制的方案高速功率因数1，仅采用了电阻负载和不可控整流负载并联对高速铁路电力机车负载进行模拟，未涉及电力机车的建模，且滞环控制的跟踪误差较大。由此可见，现有技术无法充分利用V/v牵引供电系统中铁路功率调节器的调节手段对系统的谐波和负序分量进行调节，当外界扰动过大时甚至会恶化系统的稳定运行。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，旨在解决现有技术存在的谐波和负序分量无法维持系统稳定运行的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，包括：连接在两供电臂之间的铁路功率调节器通过改进滑模控制策略控制两供电臂负荷电压；检测两供电臂负荷电流的瞬时值iL1、iL2；根据两供电臂负荷电流的瞬时值利用小波变换和单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位θ1、θ2，并基于瞬时无功功率理论得到两供电臂负荷电流的有效值IL1、IL2；根据两供电臂负荷电流的相位和有效值得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，进而得到两变流器的参考指令电流；根据参考指令电流通过改进滑模策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。优选地，两供电臂的参考指令有功电流有效值Ic1pref、Ic2pref分别表示为：两供电臂的参考指令无功电流有效值Ic1qref、Ic2qref分别表示为：优选地，两变流器的参考指令电流i′c1ref、i′c2ref分别表示为：其中，分别为两降压变压器的电压比，iL1h、iL2h分别为两供电臂上的谐波电流。进一步地，改进滑模控制策略包括基于铁路功率调节器模型输出SVPWM信号，控制变流器输出电压与参考电压一致。其中，铁路功率调节器的数学模型为：其中，L1、L2分别为两变流器输出电感，R1、R2分别为两变流器输出电阻，i′c1、i′c2分别为两变流器的输出电流，us1、us2分别为两降压变压器低压侧的电压，uc1、uc2分别为两变流器的输出电压。改进滑模控制选取的积分滑模面函数为：其中，s1、s2分别为第一积分滑模面函数和第二积分滑模面函数，x1和x2分别为第一系统状态变量和第二系统状态变量，a1、a2均为大于零的常数。为了进一步地提高系统响应速度并且降低滑模面附近的抖振，提出一种变速趋近律，其表示为：其中，s1、s2分别为第一积分滑模面函数和第二积分滑模面函数，x1和x2分别为第一系统状态变量和第二系统状态变量，ρ1、ρ2、ε1、ε2均为大于零的常数。为变速趋近系数，当系统状态变量距离滑模面较远时，系统会以指数函数的方式快速趋近滑模面；当系统状态变量距离滑模面较近时，抖振会随着的减小而衰减，直至消失，最后稳定于滑模面。进一步可得两变流器的输出电压为：总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提出了一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法。所提出改进滑模变结构控制策略能够显著改善V/v牵引供电系统的电能质量，且该策略具有良好的响应速度。相对传统的滞环控制方法，本文所提的改进滑模控制策略可更加精确地跟踪参考电流，显著减少了系统稳态误差。附图说明图1是本专利技术实施例提供的V/v牵引供电系统拓扑结构图；图2是本专利技术实施例提供的铁路功率调节器主电路拓扑结构图；图3(a)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下两供电臂上的电流的仿真波形图；图3(b)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下电网电流的仿真波形图；图3(c)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下A相电流频谱图；图3(d)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下C相电流频谱图；图4(a)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况2下两供电臂上的电流的仿真波形图；图4(b)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况2下电网电流的仿真波形图；图4(c)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下A相电流频谱图；图4(d)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下B相电流频谱图；图4(e)是本专利技术实施例提供的仿真验证工况1下C相电流频谱图；图5(a)是本专利技术实施例提供的不同控制策略下仿真验证工况1中VSC1的电流跟踪误差对比图；图5(b)是本专利技术实施例提供的不同控制策略下仿真验证工况1中VSC2的电流跟踪误差对比图；图6(a)是本专利技术实施例提供的不同控制策略下仿真验证工况2中VSC1的电流跟踪误差对比图；图6(b)是本专利技术实施例提供的不同控制策略下仿真验证工况2中VSC2的电流跟踪误差对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例中所涉及的各主要变量或缩写的物理意义列于下表1中。表1如图1所示为本专利技术提供的V/v牵引供电系统的拓扑结构图，本实施例提供了一种对于这种牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，包括如下步骤：连接在两供电臂之间的铁路功率调节器通过改进滑模控制策略控制两供电臂负荷电压；检测两供电臂负荷电流的瞬时值iL1、iL2；根据两供电臂负荷电流的瞬时值利用小波变换和单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位θ1、θ2，并基于瞬时无功功率理论得到两供电臂负荷电流的有效值IL1、IL2；根据两供电臂负荷电流的相位和有效值得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，进而得到两变流器的参考指令电流；根据参考指令电流通过改进滑模策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。其中，两供电臂的参考指令有功电流有效值Ic1pref、Ic2pref分别表示为：两供电臂的参考指令无功电流有效值Ic1qref、Ic2qref分别表示为：两变流器的参考指令电流i′c1ref、i′c2ref分别表示为：其中，分别为两降压变压器的电压比，iL1h、iL2h分别为两供电臂上的谐波电流。如图2所示，根据基尔霍夫电压定律，第一变流器VSC1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，其特征在于，包括：连接在两供电臂之间的铁路功率调节器通过改进滑模控制策略控制两供电臂负荷电压；检测所述两供电臂负荷电流的瞬时值iL1、iL2；根据所述两供电臂负荷电流的瞬时值利用小波变换和单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位θ1、θ2，并基于瞬时无功功率理论得到两供电臂负荷电流的有效值IL1、IL2；根据所述两供电臂负荷电流的相位和有效值得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，进而得到所述两变流器的参考指令电流；根据所述参考指令电流通过改进滑模策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。

【技术特征摘要】
1.一种V/v牵引供电系统电能质量的改进滑模控制方法，其特征在于，包括：连接在两供电臂之间的铁路功率调节器通过改进滑模控制策略控制两供电臂负荷电压；检测所述两供电臂负荷电流的瞬时值iL1、iL2；根据所述两供电臂负荷电流的瞬时值利用小波变换和单相锁相环得到两供电臂负荷电流的相位θ1、θ2，并基于瞬时无功功率理论得到两供电臂负荷电流的有效值IL1、IL2；根据所述两供电臂负荷电流的相位和有效值得到两供电臂的参考指令有功电流有效值和参考指令无功电流的有效值，进而得到所述两变流器的参考指令电流；根据所述参考指令电流通过改进滑模策略得到变流器的输出电压，使得铁路功率调节器输出电流被跟踪控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两供电臂的参考指令有功电流有效值Ic1pref、Ic2pref分别表示为：所述两供电臂的参考指令无功电流有效值Ic1qref、Ic2qref分别表示为：3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两变流器的参考指令电流i′c1ref、i′c2ref分别表示为：其中，分别为两降压变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国力，郑婷婷，康祎龙，刘子文，陈肖璐，杨朋威，张明明，苗世洪，范志华，韩佶，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司，国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15