[发明专利]一种增强型铁路功率调节装置

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术应用于电网的电能质量治理领域，涉及一种牵引变电所的负序和无功治理装置，适用于采用SCOTT变压器的牵引变电所，以牵引变电所电网侧(高压侧)的实测电气量为状态反馈量，进行闭环直接控制，是一种增强型铁路功率调节装置(ERPC，Enhanced Railway Power Conditioner)。

背景技术

传统铁路功率调节装置(RPC，Railway Power Conditioner)的负序和无功功率补偿控制策略为：在SCOTT变压器(平衡型牵引变压器)的两个低压侧，分别进行无功功率补偿，并进行有功功率的交换。其控制目标是使得两个低压侧所接的等效负载相等，并且功率因数接近1。由于SCOTT变压器的特性，当低压侧负载相等时，理论上高压侧注入电网的负序电流为0；而低压侧功率因数接近1时，高压侧从电网吸收的无功也近似为0。

但是这样的控制系统是一种非直接闭环控制的结构，实际运行效果会受到很多不确定因素的干扰。例如，变压器本身的制造工艺使得两个低压绕组的参数不完全一致，变压器自身需要消耗一定的无功，两个单相VSC的特性也不完全对称等。因而补偿效果并不理想，最终注入高压侧电网的电流仍包含负序分量，高压侧的功率因数也达不到1。

发明内容

发明目的：为了提高铁路功率调节装置运行稳定性和功率的补偿效果，本发明提出一种增强型铁路功率调节装置。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种增强型铁路功率调节装置，包括VSC₁、VSC₂、电容器和增强型控制器；所述VSC₁、VSC₂、电容器的连接与常规铁路功率调节装置相同，所述增强型控制器的输入环节既与SCOTT变压器的高压侧相连也与SCOTT变压器的低压侧相连，具体连接方式为：与装置相关联的SCOTT变压器将三相交流电变成两组隔离的单相交流电，输出端为T端和M端，牵引负荷接在T端和M端；所述VSC₁、VSC₂的交流端分别接在T端和M端，直流侧背靠背连接在一起，所述电容器并联在VSC₁、VSC₂直流侧之间；所述增强型控制器的输入环节与SCOTT变压器的高压侧、SCOTT变压器的低压侧、电容器分别相连，增强型控制器的输出环节与VSC₁、VSC₂分别相连。

进一步地，所述增强型控制器包括输入环节、输出环节、控制环节和人机界面子系统，其中：

所述输入环节包括高压交流互感器、低压交流互感器、直流电压传感器和输入信号处理单元；高压交流互感器接在SCOTT变压器的高压侧，低压交流互感器接在SCOTT变压器的低压侧，直流电压传感器接电容器的两端，高压交流互感器、低压交流互感器、直流电压传感器的采样信号实时传输到输入信号处理单元，输入信号处理单元进行高压侧负序电流和无功电流的实时分解计算，得到电网注入点的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组电流分量；

所述控制环节包括VSC₁控制模块和VSC₂控制模块组成，通过对T端和M端之间有功功率的交换，以及T端和M端各自输出无功功率的控制，产生作用于VSC₁、VSC₂的控制信号；

所述输出环节包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动VSC₁、VSC₂的电力电子开关器件；

所述人机界面子系统与增强型控制器相连，用于显示和设定运行参数。

进一步地，增强型控制器实时采集SCOTT变压器高压侧三相电流电压、低压侧单相电压和电容器两侧电压，采用闭环控制，直接以SCOTT变压器高压侧的实测电气量作为状态反馈量，并对高压侧注入电网的三相电流进行分解，得到电网注入点的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四个电流分量，然后根据解耦原则对注入电网的无功和负序分量进行综合补偿控制，即背靠背设置的VSC₁、VSC₂通过直流回路传递有功功率，并且各自对交流侧的无功功率进行调节，可达到更为精确的控制目的，使得高压侧注入电网的负序电流为零并提高功率因数。