适于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置及控制方法，该牵引供电系统MMC型光伏并网装置包括主电路、光伏阵列、DC/DC变换器以及牵引供电系统；其中，主电路包括单相MMC变换器Ⅰ、单相MMC变换器Ⅱ、直流支撑电容，单相MMC变换器Ⅰ交流侧一端连接牵引供电系统α相供电臂，单相MMC变换器Ⅱ交流侧一端连接牵引供电系统β相供电臂，单相MMC变换器Ⅰ与单相MMC变换器Ⅱ交流侧另一端相互连接并通过钢轨接地，单相MMC变换器Ⅰ与单相MMC变换器Ⅱ直流侧共同并联直流支撑电容，形成背靠背结构；光伏阵列通过DC/DC变换器连接至直流支撑电容。至直流支撑电容。至直流支撑电容。

【技术实现步骤摘要】
适于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及牵引供电
，具体涉及一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置及控制方法。

技术介绍

[0002]随着世界范围内传统能源的日益枯竭，能源危机已成为人类面临的最大挑战。光伏发电拥有无噪音、无污染、易维护等优点，是一种前景光明的传统能源替代品。随着世界范围内对光伏发电的关注度提升，光伏电能正逐渐从原本的补充能源向替代能源转变。我国的铁路正处于快速发展时期，铁路领域的节能减排和可再生能源利用也越来越受到关注，光伏发电技术的日益成熟和广泛应用为我国铁路的发展提供了新的思路。
[0003]将牵引供电系统与光伏发电系统有机结合降低了牵引供电系统对电力系统的依赖程度，拥有良好的发展前景。在牵引供电系统中，常用的牵引变压器有单相牵引变压器、V型接线牵引变压器、YNd11接线牵引变压器、Scott 接线牵引变压器和阻抗匹配平衡变压器等。在上述牵引变压器中，除第一种外，其余四种均是将电力系统中的三相电压转换为两相电压来向两个供电臂上的单相负荷进行供电的，这就为光伏发电的单相接入提供了可能。
[0004]目前，国内外对并网型光伏发电系统已有较多的研究，但仅有少数针对光伏并网的综合补偿性能以及光伏并网在铁路系统中的应用进行探索。现有的牵引供电系统中的功率变换器，无法实现牵引供电系统的无功、负序综合补偿，从而无法满足当光伏发电系统通过牵引供电系统接入电网的时候对于电能质量的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于大功率的牵引供电系统MMC 型光伏并网装置，包括主电路、光伏阵列、DC/DC变换器以及牵引供电系统；其中，主电路包括单相MMC变换器Ⅰ、单相MMC变换器Ⅱ、直流支撑电容，单相MMC变换器Ⅰ交流侧一端连接牵引供电系统α相供电臂，单相 MMC变换器Ⅱ交流侧一端连接牵引供电系统β相供电臂，单相MMC变换器Ⅰ与单相MMC变换器Ⅱ交流侧另一端相互连接并通过钢轨接地，单相MMC 变换器Ⅰ与单相MMC变换器Ⅱ直流侧共同并联直流支撑电容，形成背靠背结构；光伏阵列通过DC/DC变换器连接至直流支撑电容。
[0007]在一优选实施方式中，光伏阵列包括多个相互串并联的光伏组件，光伏阵列与DC/DC变换器的输入端相连接，直流支撑电容与DC/DC变换器的输出端相连接。
[0008]在一优选实施方式中，适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置通过牵引变压器与三相电网相连，且牵引变压器为Vv接线牵引变压器、 YNd11接线牵引变压器、Scott接线牵引变压器或阻抗匹配平衡变压器中的一种。
[0009]在一优选实施方式中，单相MMC变换器Ⅰ3和单相MMC变换器Ⅱ4构成四桥臂结构，分
为T、U、V、W四相，且每个桥臂包括四个子模块电路，以使得光伏阵列功率等级达到兆瓦级。
[0010]本专利技术还提供了一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0011]S1、实时采集主电路、DC/DC变换器以及牵引供电系统中的各项运行状态，包括牵引供电系统中直流侧电压u
dc
、α相供电臂电压有效值U
α
、β相供电臂电压有效值U
β
、α相供电臂电压同步信号、α供电臂负载电流i
αL
以及光伏阵列实时输出功率P
PV
；
[0012]S2、将直流电压期望值u
dc*
与实时采集的直流侧电压u
dc
做差，得到直流电压偏差，直流电压偏差经过PI控制器、低通滤波器后，得到直流电压偏差对应的变流器参考电流，以表征直流电压对变流器输出电流的影响；
[0013]S3、利用单相MMC变换器Ⅰ、单相MMC变换器Ⅱ在两牵引供电臂之间转移有功电流，并分别向牵引供电系统α、β供电臂输出无功电流，以实现无功、负序的补偿功能；
[0014]S4、将牵引供电系统α、β供电臂负载电流i
αL
、i
βL
以傅里叶级数形式表示，不考虑谐波分量：
[0015][0016]其中，I
αLp
、I
βLp
、I
αLq
、I
βLq
为α、β供电臂有功、无功电流幅值。
[0017]S5、定义负载电流有功分量I
m
为α、β相有功电流幅值之和的1/2：
[0018][0019]将α、β供电臂相量形式的负载电流i
αL
、i
βL
分别与各自相电压同步信号相乘后相加，经过低通滤波之后即可得到负载电流有功分量I
m
；
[0020]S6、利用步骤S5中得到的负载电流有功分量I
m
，计算α供电臂补偿电流参考值i
α*
；
[0021]S7、计算得到光伏接入的补偿电流参考信号i
′
αc*
；
[0022]S8、将步骤S2中直流电压偏差对应的变流器参考电流与α相同步信号相乘后与步骤S7中光伏接入的补偿电流参考信号i
′
αc*
相加，得到变流器补偿电流参考值i
αc*
，至此，补偿电流参考信号计算完毕；
[0023]S9、将步骤S8中补偿电流参考信号i
αc*
减去α相变流器输出电流i
αc
，经过滞环控制环节后，得到α相变流器的初始调制波；
[0024]S10、分别对单相MMC变换器Ⅰ、单相MMC变换器Ⅱ各相进行均压和稳压控制，最后将稳压控制的输出和均压控制的输出一同叠加到原始控制的调制波中得到最终的MMC变换器调制波。
[0025]在一优选实施方式中，步骤S6中，利用步骤S5中得到的负载电流有功分量I
m
，计算α供电臂补偿电流参考值i
α*
包括：将步骤S5中得到的负载电流有功分量I
m
乘上α相电压同步信号得到有功电流i
pα
；无功电流i
qα
相位超前u
α 90
°
，幅值I
qα
计算如下：
[0026][0027]将有功电流分量I
m
乘上tan30
°
，再乘上对应的同步信号，再加上i
pα
，即得到α供电臂补偿电流参考值i
α*
。
[0028]在一优选实施方式中，步骤S7中，计算得到光伏接入的补偿电流参考信号i
′
αc*
包括：取光伏输出有功功率P
PV
、α相供电臂电压有效值U
α
、β相供电臂电压有效值U
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置，其特征在于：包括主电路、光伏阵列(6)、DC/DC变换器(7)以及牵引供电系统；其中，所述主电路包括单相MMC变换器Ⅰ(3)、单相MMC变换器Ⅱ(4)、直流支撑电容(5)，所述单相MMC变换器Ⅰ(3)交流侧一端连接牵引供电系统α相供电臂(10)，单相MMC变换器Ⅱ(4)交流侧一端连接牵引供电系统β相供电臂(11)，所述单相MMC变换器Ⅰ(3)与所述单相MMC变换器Ⅱ(4)交流侧另一端相互连接并通过钢轨接地，所述单相MMC变换器Ⅰ(3)与单相MMC变换器Ⅱ(4)直流侧共同并联所述直流支撑电容(5)，形成背靠背结构；所述光伏阵列(6)通过DC/DC变换器(7)连接至所述直流支撑电容(5)。2.根据权利要求1所述的适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置，其特征在于：所述光伏阵列(6)包括多个相互串并联的光伏组件，所述光伏阵列(6)与所述DC/DC变换器(7)的输入端相连接，所述直流支撑电容(5)与所述DC/DC变换器(7)的输出端相连接。3.根据权利要求2所述的适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置，其特征在于：所述适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置通过牵引变压器(9)与三相电网(8)相连，且所述牵引变压器(9)为Vv接线牵引变压器、YNd11接线牵引变压器、Scott接线牵引变压器或阻抗匹配平衡变压器中的一种。4.根据权利要求3所述的适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置，其特征在于：所述单相MMC变换器Ⅰ(3)和单相MMC变换器Ⅱ(4)构成四桥臂结构，分为T、U、V、W四相，且每个桥臂包括多个子模块电路，以使得光伏阵列功率等级达到兆瓦级。5.一种适用于大功率的牵引供电系统MMC型光伏并网装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、实时采集主电路、DC/DC变换器以及牵引供电系统中的各项运行状态，包括牵引供电系统中直流侧电压u
dc
、α相供电臂电压有效值U
α
、β相供电臂电压有效值U
β
、α相供电臂电压同步信号、α供电臂负载电流i
αL
以及光伏阵列实时输出功率P
PV
；S2、将直流电压期望值u
dc*
与实时采集的直流侧电压u
dc
做差，得到直流电压偏差，直流电压偏差经过PI控制器、低通滤波器后，得到直流电压偏差对应的变流器参考电流，以表征直流电压对变流器输出电流的影响；S3、利用单相MMC变换器Ⅰ、单相MMC变换器Ⅱ在两牵引供电臂之间转移有功电流，并分别向牵引供电系统α、β供电臂输出无功电流，以实现无功、负序的补偿功能；S4、将牵引供电系统α、β供电臂负载电流i
αL
、i
βL
以傅里叶级数形式表示，不考虑谐波分量：其中，I
αLp
、I
βLp
、I
αLq
、I
βLq
为α、β供电臂有功、无功电流幅值。S5、定义负载电流有功分量I
m
为α、β相有功电流幅值之和的1/2：将α、β供电臂相量形式的负载电流i
αL
、i
βL
分别与各自相电压同步信号相乘后相加，经过低通滤波之后即可得到负载电流有功分量I
m
；
S6、利用步骤S5中得到的负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉懿，李鑫，陈辉，刘世国，高鹏，周广龙，
申请(专利权)人：中建一局集团建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：