【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子，尤其是涉及一种适用于弱网系统的多电平铁路功率调节器。
技术介绍
1、当前，我国西部地区铁路处于发展建设时期，某些地区牵引供电系统网压波动大，甚至越限，这将影响列车正常运行。网压波动大的主要原因是：西部地区电网较薄弱，供电能力弱，而列车功率大，导致了供用电不平衡，进而影响了系统的电压稳定性。
2、西部地区电网虽然已取得长足发展，但仍存在“常规能源匮乏、可再生能源占比过高、系统总装机容量低、电源距离负载较远”等问题。此外，有些铁路区域存在长大坡道区段，线路坡度在15%-30‰，坡长可达几十公里，使得机车车辆持续上坡、下坡，从牵引网获取和反馈的巨大能量进一步加剧了供用电的不平衡。这种列车缺少运行工况转换的地形，使得列车无法通过工况转换来实现运行优化，减少用电需求。而牵引网电压不稳定又会影响电网的电能质量和稳定性。
3、以格库铁路新疆段为例，由于格库铁路某些牵引所缺少电网电源支撑、电网短路容量小，且阿尔金山北站至若羌站区段存在约15‰的长大坡道，使得此区段的网压波动大，牵引和再生制动能量大的时段网压越限，列车频繁跳闸，不能正常运行。除了过车时段牵引网电压严重越限，还存在牵引网侧和电网侧的电压畸变率高，及高次谐波谐振过电压方面的问题。此区段的网压波动问题进一步导致了电网侧的网压波动、负序、谐波超标的电能质量问题，影响了周边地区的生产和生活，甚至造成了停产断电、烧损设备等事故。因此，当前亟需解决电网薄弱地区的网压波动问题。
技术实现思路
1、本专
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种适用于弱网系统的多电平铁路功率调节器，包括整流器、逆变器两个级联的光伏型多电平mmc拓扑结构模块，在分相区分别与牵引变压器α侧和β侧供电臂连接后级联，所述光伏型多电平mmc拓扑结构的模块，包括牵引网压usk和直流电压udc，在所述udc间某相的上、下桥臂各串联n个含光伏和混合储能的子模块，每个模块包含两相，形成4n+1电平。含光伏和混合储能的子模块，所述子模块的结构包括直流支撑电容c、蓄电池bat、超级电容sc、光伏组件pv以及两个串联的半桥子模块单元vt1和vt2，所述直流支撑电容c通过dc-dc变换器分别并联蓄电池bat、超级电容sc和光伏组件pv。
4、进一步地，所述直流支撑电容c通过dc-dc变换器分别并联蓄电池bat、超级电容sc和光伏组件pv是指：
5、在直流支撑电容c的两端连接两个串联的半桥子模块单元vt1和vt2，然后在直流支撑电容c的两端通过双向变流器和蓄电池bat连接进行蓄电池并联；
6、在直流支撑电容c的两端通过双向变流器和超级电容sc单元连接并联超级电容sc；
7、在直流支撑电容c的两端通过升压变流器和光伏组件连接并联光伏组件。
8、进一步地，在对光储型多电平mmc拓扑结构模块进行控制时，对于逆变器的光储型多电平mmc拓扑结构模块，采用构网型控制策略，对于整流器的光储型多电平mmc拓扑结构模块，保留传统的跟网型控制策略。
9、进一步地，所述构网型控制策略包括，有功功率补偿量检测，将检测到的有功功率补偿量输入改进的自适应虚拟同步电机vsg得到mmc-rpc平衡左右供电臂的有功功率。
10、进一步地，所述构网型控制策略中，在电流内环增加微分平坦控制和双重二倍频分量抑制策略的自适应虚拟同步电机控制策略；其中，所述双重二倍频分量抑制策略包括准比例复数积分控制、应用比例积分控制器和比例谐振控制器复合控制策略的自适应虚拟同步电机vsg定子电气方程。
11、进一步地，所述改进的自适应虚拟同步电机vsg指：
12、逆变器的vsg控制的惯量和阻尼参数随工况自适应调节，同时引入了比例积分控制器和比例谐振控制器复合控制策略，以抑制二倍频分量。
13、进一步地，子模块中的光伏组件、蓄电池、超级电容、dc-dc变换器、皆为自适应虚拟直流电机vdcm构网型控制，
14、在没有列车负载时，依旧采用最大功率追踪mppt控制；有列车负载时，采用vdcm控制，抑制直流电压波动。
15、进一步地，采用三层能量管理策略，根据系统第一层检测到所需的有功、无功补偿量，首先调用第二层的有功功率管理，有功功率分配原则如下：
16、功率分配原则1：当两供电臂负荷都为牵引负荷时，优先消耗光伏功率进行补偿，当光伏功率不足时，再由混合储能按照两负荷大小比例进行放电。
17、功率分配原则2：当两供电臂负荷都为制动负荷时，混合储能先吸收光伏功率，再吸收制动负荷，按照两负荷大小比例进行充电。
18、功率分配原则3：当一臂牵引一臂制动时，优先由光伏和制动能量对牵引功率进行补充，当功率不足或者再生制动能量无法消纳时，再由储能装置发出或吸收功率；
19、若网压仍不能恢复至正常范围内，则进行第三层无功功率补偿；
20、补偿原则如下：
21、补偿原则1：当牵引网压在国标规定的正常水平时，通过有功功率转移和混合储能对再生制动能量进行利用和对两臂功率进行削峰填谷，其有功功率转移量和充放电功率大小应根据两臂负荷功率的变化而变化。
22、补偿原则2：当有功补偿无法维持牵引网压在国标规定的正常水平时，应采用无功补偿，根据牵引网压的大小来吸收或发出无功功率。
23、采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
24、本专利技术提供的一种适用于弱网系统的多电平铁路功率调节器，能够通过采用光储型模块化多电平铁路功率调节器，将蓄电池、超级电容、光伏组件pv集成在子模块上，提升了储能的支撑能力，分别是在有列车负载和没列车负载两种情况下分别使用两种控制策略，进一步提升了电压的稳定性，通过改进的自适应构网型控制策略，抑制电网薄弱地区的网压波动，提升系统稳定性，提升系统的综合电能质量。
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1.一种适用于弱网系统的多电平铁路功率调节器，其特征在于，包括整流器、逆变器两个级联的光伏型多电平MMC拓扑结构模块，在分相区分别与牵引变压器α侧和β侧供电臂连接后级联，所述光伏型多电平MMC拓扑结构的模块，包括牵引网压Usk和直流电压Udc，在所述Udc间某相的上、下桥臂各串联N个含光伏和混合储能的子模块，每个模块包含两相，形成4N+1电平；含光伏和混合储能的子模块，所述子模块的结构包括直流支撑电容C、蓄电池BAT、超级电容SC、光伏组件PV以及两个串联的半桥子模块单元VT1和VT2，所述直流支撑电容C通过DC-DC变换器分别并联蓄电池BAT、超级电容SC和光伏组件PV。
2.根据权利要求1所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，所述直流支撑电容C通过DC-DC变换器分别并联蓄电池BAT、超级电容SC和光伏组件PV是指：
3.根据权利要求2所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，在对光储型多电平MMC拓扑结构模块进行控制时，对于逆变器的光储型多电平MMC拓扑结构模块，采用构网型控制策略，对于整流器的光储型多电平MMC拓扑结构模块，保留传统的跟网型控制策略
4.根据权利要求3所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，所述构网型控制策略中，在电流内环增加微分平坦控制和双重二倍频分量抑制策略的自适应虚拟同步电机控制策略；其中，所述双重二倍频分量抑制策略包括准比例复数积分控制、应用比例积分控制器和比例谐振控制器复合控制策略的自适应虚拟同步电机VSG定子电气方程。
6.根据权利要求4所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，所述改进的自适应虚拟同步电机VSG指：
7.根据权利要求4所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，
8.根据权利要求4所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种适用于弱网系统的多电平铁路功率调节器，其特征在于，包括整流器、逆变器两个级联的光伏型多电平mmc拓扑结构模块，在分相区分别与牵引变压器α侧和β侧供电臂连接后级联，所述光伏型多电平mmc拓扑结构的模块，包括牵引网压usk和直流电压udc，在所述udc间某相的上、下桥臂各串联n个含光伏和混合储能的子模块，每个模块包含两相，形成4n+1电平；含光伏和混合储能的子模块，所述子模块的结构包括直流支撑电容c、蓄电池bat、超级电容sc、光伏组件pv以及两个串联的半桥子模块单元vt1和vt2，所述直流支撑电容c通过dc-dc变换器分别并联蓄电池bat、超级电容sc和光伏组件pv。
2.根据权利要求1所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，所述直流支撑电容c通过dc-dc变换器分别并联蓄电池bat、超级电容sc和光伏组件pv是指：
3.根据权利要求2所述的多电平铁路功率调节器，其特征在于，在对...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯凤娟，马永刚，郭晓宇，李腾，陶勇，武蓓磊，赵星，畅征，
申请(专利权)人：中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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