同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析.pdf

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1、第34卷第1期电力自动化设备Vol_34No．12014年1月ElectricPowerAutomationEquipmentJan．2014@同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析黄小红，李群湛，杨乃琪，舒泽亮(西南交通大学电气工程学院，四川成都610031)摘要：针对电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题，讨论了采用Scott平衡变压器与综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电系统提出IPFC直流侧电压PI均值前馈控制策略．可准确控制变压器副边电流幅值均衡．实现系统负序的完全补偿为改善传统控制方法谐波含量

2、高、直流侧电压波动大的不足，提出直流侧电流均值前馈控制策略所提方法使系统具有良好的动态特性、稳定性及较小的稳态误差．且在牵引和再生制动工况下均适用仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性关键词：同相牵引供电系统；综合潮流控制器；滞环比较控制；前馈控制；PI均值前馈控制：电流均值前馈控制；再生制动：补偿：电气化铁道中图分类号：TM922．3；U224文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1006—6047．2014．01．0080引言电流内环的滞环比较控制理论．提出了直流侧电压PI均值前馈控制策略，使负

3、序得到改善。为进一步降电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题低谐波分量。稳定直流侧电压．提出直流侧电流均值一直受到各界关注。由于牵引负荷单相、非线性，且前馈控制方法，使系统的动态特性进一步提升、稳态具有随机波动性的特点．造成电力系统三相不平衡．误差进一步减小控制方法在牵引和再生制动工况负序、谐波和无功严重影响公用电网的电能质量_】一21。下均适用最后通过仿真分析验证了本文所提控制文献『3—5]讨论了采用高压大容量的静止无功补偿方法的有效性与正确性器SVC(StaticVarCompensator)、有源滤波器

4、APF(ActivePowerFilter)对电气化铁路负序、谐波和无l同相供电系统结构及补偿原理功进行综合补偿的方案日本在新干线投运的铁路如图1所示．IPFC接于Scott平衡变压器副边功率调节器RPC(RailwaystaticPowerConditioner)，Or-,B2个端口，将原有的两相牵引供电方式转变为仅实现了无功功率、负序和谐波电流的综合补偿。由Ot端口供电的单相方式．实现不同变电所供电的区然而．受牵引供电模式和系统结构的限制．以上工作段接触网电压同相位且无电分相环节的同相供电均无法消除电分相环节

5、电分相环节给电力机车快系统。速平稳运行带来安全隐患．制约了高速、重载铁路的三相电网发展[。为进一步提高电气化铁路的供电性能，更好地适应高速铁路的发展要求，文献『7．8]提出了同相供电系统理论．并针对无源补偿装置实现同相供电做了大量的研究。近年来．基于平衡变压器和综合潮流控制器IPFC(IntegratedPowerFlowController)的同相供电系统成为研究的热点[9-．它可有效消除电分相图1同相牵引供电系统环节．并可实现负序、谐波和无功的动态补偿，因此Fig．1Co—phasetractionpower

6、supplysystem正逐步得到人们的青睐平衡变压器两侧的电流变换关系为⋯：关于IPFC的控制方法．通常采用的是比例积分一1、／3(PI)和滞环比较控制策略，其负序和谐波的补偿效果有限．直流侧电压波动较大，值得进一步改进。本—1一、／320文首先介绍了Scott平衡变压器与IPFC构成的同相供电系统．分析了负序和谐波电流补偿原理，并基于其中，K=—。由式(1)易知，当厶和j『8谐波含、／3收稿日期：2012—11—16；修回日期：2013—12—05量较低时．注入到电力系统的谐波含量亦低。基金项目：国家自然科学

7、基金资助项目(51177139)牵引侧各端口电流在三相系统中造成的总负序ProjectsupposedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(51177139)电流J(一)为[173：《毫》电力自动化设备第34卷1量；^为△对应的损耗电流分量。所以，IPFC两j卜)=∑Ise-j~(2)、／3一端口补偿电流期望值为：其中．K为牵引变压器副边端口电压与一次侧线电压之比；为牵引变压器副边端口电流有效值；为【B(￡)J【0J【B()J、一牵引变压器副边端口接线角；为牵引

8、变压器副边2IPFC的控制策略端口的功率因数角。对于Scott平衡变压器．S=2，K1=K2=K，1=90。，2=0。，故司得：为提高IPFC补偿装置的综合补偿性能，本文在r，传统电压外环、电流内环控制方法的基础之上，基于J一)：—、／一f，1e-j(+，2e-j~v2](3)3均值滤波算法．提出了直流侧电压PI均值前馈控制式(3)表明，当11=，2、=时，负序为0，原边